Qu’est-ce qu’un joint de dilatation

Le béton se dilate en été et se contracte en hiver. Les charges de trafic introduisent des contraintes cycliques continues. L’humidité modifie les dimensions. Les appareils d’appui pivotent. Le tablier n’est jamais réellement immobile.

Les ponts sont en mouvement permanent, et le joint de dilatation existe pour maîtriser ce mouvement.

Sans lui, la dilatation thermique générerait des contraintes internes suffisantes pour fissurer les dalles en béton, endommager les appuis, déformer les supports ou transférer des efforts vers des zones qui n’ont jamais été conçues pour les reprendre. Le joint crée une discontinuité contrôlée dans le tablier, permettant le mouvement longitudinal, et parfois transversal ainsi que la rotation, tout en assurant le transfert sécurisé des charges à travers l’ouverture.

On retrouve le même principe dans les bâtiments : dalles de sol, façades, murs de grande longueur, voire carrelages intègrent des joints de dilatation. La physique est identique, mais l’échelle et les charges ne le sont pas.

Certains ponts de courte ou moyenne portée sont désormais conçus sans joints, grâce à des coulées intégrales et des dalles de transition enterrées dans le remblai pour absorber les mouvements. Mais dès que les portées augmentent ou que les amplitudes de déplacement dépassent la capacité d’absorption du sol, les joints de dilatation deviennent indispensables.

Alors, de quels matériaux sont constitués les joints de dilatation de ponts, et dans quels cas les concevoir en aluminium ?

Matériaux traditionnellement utilisés dans les joints de dilatation de ponts

L’acier domine le marché, notamment pour les joints modulaires et à peignes utilisés sur les ponts de moyenne à grande portée. L’acier offre une grande rigidité et une résistance élevée, et il est bien encadré par les normes de conception.

Des éléments en caoutchouc (élastomères) sont souvent intégrés pour l’étanchéité. Le béton constitue l’interface avec le tablier. Certains systèmes utilisent également des matériaux composites pour améliorer la résistance à la corrosion. L’acier reste performant, mais il implique du poids, une gestion de la corrosion et une complexité de fabrication. En réhabilitation, la charge permanente supplémentaire devient rapidement une contrainte majeure.

C’est précisément à ce moment-là que l’aluminium commence à s’imposer comme une solution pertinente.

Pourquoi l’aluminium est utilisé dans les joints de dilatation de ponts

L’aluminium n’est pas utilisé partout dans les joints de pont, mais lorsqu’il l’est, c’est généralement un choix stratégique.

Le premier facteur déterminant est la masse volumique. L’aluminium pèse environ un tiers du poids de l’acier, ce qui est décisif en réhabilitation. Des structures de tablier et de joints plus légères en aluminium permettent d’augmenter la capacité portante sans remplacer les fondations ou les éléments porteurs principaux. Réduire la charge permanente peut prolonger la durée de vie globale de l’ouvrage.

L’installation devient également plus simple. Nous avons fabriqué des profils sur mesure pour des joints de dilatation de ponts pour un client qui avait précisément besoin d’aluminium pour cette raison. Les sections de joints préfabriquées en aluminium pouvaient être mises en place plus rapidement, sans nécessiter de grue, contrairement à l’acier, ce qui a réduit la durée de fermeture du trafic ainsi que le temps de présence des équipes sur site.

Vient ensuite la résistance à la corrosion. L’aluminium forme naturellement une couche d’oxyde protectrice. Dans de nombreux environnements, cela réduit les besoins en cycles de peinture et en stratégies lourdes de protection anticorrosion généralement associées à l’acier.

Et du point de vue de la fabrication, l’acier ne peut rivaliser avec l’extrusion de l’aluminium.

Avec un produit en aluminium extrudé sur mesure, il est possible de placer la matière exactement là où elle est nécessaire d’un point de vue structurel. Canaux de drainage, interfaces de fixation, nervures de raidissement, tolérances de mouvement et transitions géométriques peuvent être intégrés dans un seul produit en aluminium extrudé. Avec l’acier, obtenir des géométries équivalentes nécessite souvent l’assemblage de plusieurs pièces soudées, ce qui augmente le temps de fabrication et introduit davantage de détails sensibles à la fatigue.

Du point de vue environnemental, l’aluminium est entièrement recyclable sans perte de propriétés. Lorsque le recyclage en fin de vie est intégré dans l’analyse du cycle de vie, les systèmes en aluminium peuvent présenter une empreinte carbone globale plus faible, en particulier lorsque la réduction de poids améliore l’efficacité structurelle.

Dans le bâtiment et la construction au sens large, l’aluminium a déjà fait ses preuves dans les façades, murs rideaux, structures de toiture, passerelles piétonnes et tabliers légers. Les mêmes avantages s’appliquent : réduction de poids, résistance à la corrosion, liberté de conception et précision de fabrication.

Mais l’aluminium n’est pas sans contraintes.

La question de la limite de fatigue de l’aluminium

En pratique, la plupart des détails soudés en acier pour les ponts sont également dimensionnés pour une durée de vie en fatigue finie. Les normes modernes telles que l’Eurocode 9 pour l’aluminium et l’Eurocode 3 pour l’acier définissent des catégories de fatigue en fonction des plages de contraintes et de la géométrie des détails. Dans les applications réelles soumises aux charges cycliques du trafic, les deux matériaux nécessitent une vérification en fatigue. Les structures en aluminium sont toutefois plus sensibles à la fatigue sous chargement cyclique. Elles sont également plus sensibles aux variations thermiques en raison d’un coefficient de dilatation plus élevé.

Ce ne sont pas des défauts, mais des paramètres de conception.

Une conception adaptée en aluminium évite les transitions brusques de contraintes, les changements de section abrupts et les concentrations de contraintes. Des chemins de charge continus, un choix d’alliage approprié et des détails de soudage de haute qualité sont essentiels.

Des procédés d’assemblage avancés tels que le soudage par friction-malaxage peuvent améliorer les performances. Ce procédé à l’état solide génère peu de déformation, d’excellentes propriétés mécaniques et des contraintes résiduelles réduites par rapport au soudage par fusion traditionnel. Pour de grands ensembles structurels en aluminium, cela améliore directement le comportement en fatigue et la stabilité dimensionnelle.

De plus, les contraintes résiduelles produites par le blocage des déformations thermiques sont plus faibles en aluminium qu’en acier (environ 30 % de moins). Cela peut représenter un avantage dans certaines configurations contraintes.

Lorsqu’ils sont correctement conçus, les produits en aluminium extrudé destinés aux systèmes de joints de dilatation peuvent satisfaire à l’ensemble des critères structurels : stabilité globale, stabilité locale, performance en fatigue, états limites ultimes et flèches en service.

Le matériau est prévisible, mais la performance dépend de la qualité de conception.

Considérations sur les joints de dilatation, quel que soit le matériau

Les joints de dilatation sont des éléments d’usure. Ils se situent dans l’un des environnements les plus agressifs du pont : impact direct du trafic, chargements cycliques continus, infiltration d’eau, sels de déverglaçage, accumulation de débris et passage de chasse-neige. Qu’il s’agisse d’acier, d’aluminium ou d’un système hybride, le composant est soumis à des contraintes mécaniques et environnementales sévères.

Ils devront être remplacés.

La durée de service typique se situe entre 10 et 20 ans selon le trafic, le climat, le détail de conception et la stratégie de maintenance. Un cycle de remplacement de 10 ans sur des infrastructures fortement sollicitées n’a rien d’exceptionnel. Les profils en aluminium pour joints de dilatation de pont que nous avons fabriqués, par example, sont remplacés tous les 10 ans.

La distinction essentielle réside dans la cause du remplacement : si le joint atteint la durée de vie en fatigue prévue sous les charges connues, il s’agit d’une ingénierie maîtrisée. S’il échoue prématurément en raison d’un mauvais détail, de corrosion ou de concentrations de contraintes, le problème est ailleurs.

Aucun joint de dilatation ne doit être conçu pour durer toute la vie du pont. Il s’agit d’un composant dimensionné pour une durée de service définie et intégré dans un plan de maintenance.

L’aluminium n’élimine pas les cycles de remplacement. L’acier non plus. La vraie question n’est pas de savoir si un remplacement aura lieu, mais si le système garantit des performances prévisibles, une fiabilité structurelle et une efficacité sur le cycle de vie jusqu’à cette échéance.

Concevoir des joints de dilatation de ponts avec l’aluminium

Il est pertinent d’envisager l’aluminium lorsque la réduction de la charge permanente améliore directement les performances du pont. En réhabilitation, un joint plus léger peut éviter des renforcements coûteux des fondations et prolonger la durée de vie de la structure existante.

L’aluminium est également adapté aux environnements agressifs où la corrosion et la maintenance sont des enjeux majeurs. Sa couche d’oxyde naturelle réduit les besoins de protection à long terme par rapport à l’acier.

Lorsque la géométrie est complexe, un produit en aluminium extrudé sur mesure offre un avantage réel. Il permet d’intégrer drainage, raidisseurs, interfaces de fixation et tolérances de mouvement dans une seule section optimisée. Cela réduit le nombre de pièces, limite les soudures sensibles à la fatigue et améliore l’efficacité structurelle.

L’aluminium est particulièrement intéressant lorsque la rapidité d’installation, la préfabrication et les performances environnementales sur le cycle de vie sont des critères déterminants.

L’acier peut rester privilégié dans des applications à très fortes amplitudes de contraintes où le poids n’est pas un facteur limitant. Mais lorsque la réduction de poids, la résistance à la corrosion et l’optimisation par extrusion guident la conception, le produit en aluminium extrudé constitue un choix d’ingénierie pertinent pour les joints de dilatation de ponts.

Utilisés correctement, avec un dimensionnement en fatigue adapté et des détails maîtrisés, les systèmes de joints de dilatation en aluminium peuvent répondre aux exigences structurelles, réduire le poids, simplifier la fabrication et s’intégrer intelligemment aux projets d’infrastructure modernes.

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