Comprendre le chemin de fer
Les ponts ferroviaires
Un des avantages qui a fait progresser le chemin de fer de façon fulgurante au début des années 1800, fut sa capacité à tirer d'importantes charges. Mais voilà: si on tire d'importantes charges, ça veut aussi dire qu'on ne peut pas monter ou descendre de pentes abruptes. Ni flotter sur l'eau. Dès ses débuts, le chemin de fer a imposé ses conditions: construire des tunnels, et des ponts!
On est bien loin des premiers ponts qui n'étaient que des arbres couchés au travers du cours d'eau. Mais si les ponts d'aujourd'hui semblent des enchevêtrements incompréhensibles de poutres et de câbles, il n'existe pourtant que très peu de styles différents. Nous verrons les principaux dans cette page.
Un pont, si on en résume grossièrement la construction, c'est deux panneaux latéraux, composés de poutrelles, de solives, de câbles ou d'un mélange des trois, entre lesquelles repose un tablier.
Les matériaux.
Au début, les chemins de fer ont contruit des ponts de bois. L'acier étant hors d'atteinte des portes-feuilles des compagnies. Puis rapidement, les compagnies ferroviaires ont fait un résonnement qui alla changer la façon de faire: un pont de bois coûte peut-être 3 fois moins cher qu'un pont d'acier, mais dure 10 fois moins longtemps. D'ailleurs, le Canadien Pacifique, dès le début de sa construction, a décidé d'ériger, autant que possible, des ponts d'aciers. Quelques dirigeants ne le voyaient pas de cet oeil, car cet investissement supplémentaire allait retarder la rentabilité de la compagnie. Mais, on le sait, l'histoire donna raison aux tenants des ponts d'acier.
Rappelons aussi qu'à l'époque, les ponts de bois étaient souvent victimes... des chemins de fer eux-mêmes! En effet, les locomotives à vapeur pouvaient cracher des tisons ardents, ou de la cendre, et mettre le feu à des broussailles se trouvant sous le pont, ou au pont lui-même. Le pont de bois flambait en quelques minutes à peine. Les ponts d'acier n'avaient pas ce problème. Une anecdote intéressante à ce sujet: les ponts sur chevalets étaient construits tout de bois, mais avec des chevalets d'acier de temps en temps, pour ne pas que le pont au complet brûle en cas d'incendie. On entreposait aussi des barils d'eau sur les nacelles du pont.
Finalement, mentionnons que la Dominon Bridge, compagnie de Lachine, a longtemps été un des fleurons de notre industrie. C'est cette compagnie qui construisit les plus célèbres ponts de notre province (Pont de Québec, pont Pierre-Laporte, pont Jacques-Cartier, pont Champlain), et même le renommé Bay Bridge de San Francisco.
Catégorie.
Les ponts entrent dans trois catégories. Ces catégories sont énumérées dans le tableau ci-dessous. Noter qu'un style de pont peut faire partie de plusieurs catégories. Le style définit la façon dont les poutres de soutènement sont agencées, alors que la catégorie définie la façon dont le tablier est posé sur ces poutres.
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Tablier entre les éléments latéraux
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| Dans ce type de pont, les éléments latéraux s'élèvent de chaque côté du tablier, mais rien ne les joint par-dessus ce dernier. Souvent, les véhicules ferroviaires qui passent ce pont sont plus haut que les côtés du pont. On voit rarement de très longs ponts de ce type. En anglais, on appelle ce type "pony".
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Tablier passant à l'intérieur de la superstructure
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| Ce type de pont est très commun sur nos voies ferrées. Le pont Victoria et le Pont de Québec en sont des exemples. La voie ferrée passe à l'intérieur de la superstructure, car les côtés du pont sont reliés entre eux par le tablier, ainsi que par le sommet. Ces ponts sont extrêmement rigides, un seul tablier peut franchir une distance de plusieurs dizaines de pieds. |
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Tablier passant sur la superstructure
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| Ce type de pont est aussi fréquent au Québec. Cependant, on se sert souvent de solives pour faire les côtés, au lieu de poutrelles, comme sur le dessin. L'avantage de ce pont, est qu'il ne limite en rien la hauteur des véhicules ferroviaires qui l'emprunteront. Par contre, il ne peut pas être utilisé sur les voies navigables, à cause du dégagement inférieur qui est insuffisant. À moins, bien entendu, que le pont soit érigé très haut, comme c'est le cas du pont de Beloeil, qui permet aux petites embarcations de passer sous lui. |
Les designs de pont
Voyons en détail chaque design de pont. Commençons par les ponts de poutrelles.
Warren
En 1848, James Warren, un anglais, et son comparse Willoughby Monzoni font breveter leur design de pont. Ce type est traditionnellement associé au chemin de fer, bien qu'il peut aussi être utilisé pour d'autres moyens de transport. On reconnaît facilement son design par les poutres qui forment des triangles isocèles ou équilatéraux entre elles (dessin du haut). Les poutres semblent aussi dessiner un "W", ce qui en facilite l'identification.
Par exemple, sur ce pont, on remarque que le nombre de "carrés" formés par les poutres est impair. Dans ce cas, le carré du centre reçoit une double division, pour en assurer la solidité, puisque la charge va se concentrer sur ce point.
Les ponts de type Warren devant recevoir une charge importante ont souvent des poutrelles doubles, ce qui forme un "X". On appelle ce type de pont un Warren quadrilatéral.
Pratt
Les ponts de type Pratt, des frères Thomas et Caleb Pratt ont vu le jour 1844. Ce type de pont se distingue par la forme en "V" de ses poutrelles.
Ce type de pont est celui qui a le mieux survécu à la transition pont de bois vers pont d'acier. Il demeure encore aujourd'hui le type de pont à poutrelles le plus répandu.
Le modèle Baltimore, que l'on voit ci-haut, est aussi appelé le modèle "Pratt subdivisé". L'ajout de poutrelles plus courtes au bas vient renforcer le lien avec le tablier du pont, qui peut alors supporter un poids plus lourd. Ces petites poutrelles, empêchent les poutres maîtresses en diagonale de se tordrent sous la charge qu'on leur demande de supporter.
Par la suite, Charles H. Parker a modifié le type de base de ce pont pour en faire un type "Dos de chameau" (Parker Camelback Pratt Truss).
L'avantage de cette forme, c'est qu'on peut alléger la structure du pont, sans qu'il ne perde de sa force. La forme arrondie aide à propager le poids soutenu par le pont, sans que ce dernier ne force trop au même endroit.
Finalement, chaque ingénieur est venu y mettre sa petite touche. Le modèle Pennsylvania, ci-dessous, est un exemple de pont de type Parker Camelback poussé un peu plus.
Lattice
Le type Lattice (ou lattes), inventé dans les années 1850, a surtout été utilisé pour les ponts couverts, alors que les lattes étaient à l'extérieur de la structure. Ce type de pont fut rapidement abandonné dès les 1900. Quelques ponts en acier ont été construits sur ce type.
Fink et Bollman
Un Allemand du nom d'Albert Fink a dessiné ce type de pont qui aujourd'hui, nous semblerait plutôt étrange. Un agencement de pièce, normalement des tiges d'acier, vient chercher le poids transmis à des poutrelles sous le tablier pour redistribuer la charge aux extrémités du pont.
Le pont de Wendell Bollman, quoiqu'assez semblable, a été dessiné expressément pour le chemin de fer Baltimore & Ohio. Il fut, à une certaine époque, très populaire dans l'Est américain, ce qui laisse penser qu'il y aurait peut-être eu quelques exemplaires de ce côté-ci de la frontière. Aujourd'hui, un seul représentant de cette espèce subsiste encore, à Savage, au Maryland.
Dans les deux cas, ce sont des tiges d'acier en tension qui assuraient la solidité de l'ouvrage.
K truss
Le pont de type "K truss" se reconnaît facilement à la forme que prennent ses poutrelles, formant une série de "K". Ce design a été très appliqué aux panneaux latéraux dont le sommet était courbé (voir l'explication sur le type Pratt dessiné par Charles Parker). L'arrangement des poutres simplifiait la construction, car comme le sommet du pont étant en "dos de chameau", la longueur des poutres varie constamment.
Whipple
Le type de pont dessiné par Squire Whipple arrive dès 1844. Il a été dessiné à partir de modèle de Pratt. Comme les tiges de tension parcourent deux longueurs de poutres verticales, on le surnomme le "Double Pratt". Il a un avantage majeur sur le type Pratt, déjà très populaire: Une seule section peut être beaucoup plus longue, et soutenir plus de poids que celle de tout autre type de pont à l'époque. Les chemins de fer en construiront à profusion. Quelques exemplaires routiers ont aussi existé.
Comme on l'a vue plus haut, la forme arrondie des panneaux latéraux rend la structure plus légère, sans la rendre moins efficace. On appliquera aussi ce principe au type Whipple. Ce profil de pont est bien connu.
Howe
Jadis le type de pont le plus populaire au monde, c'est à ce type de pont qu'on doit la pratique des panneaux latéraux, c'est-à-dire que la charge soumise au tablier est redistribuée vers les panneaux latéraux, eux-mêmes conçus pour apporter cette charge aux butés du pont. Cependant, ce type de pont avait plusieurs faiblesses, et il ne fut construit qu'en bois. La structure peut sembler très semblable à celle du Pratt, mais en y regardant bien, on voit que les poutres forment des "A", au lieu des "V" du modèle Pratt. Ce changement de design comporte une différence majeure avec celui du Pratt: les poutres verticales sont en tension, alors que les poutres en diagonale sont en compression. Exactement le contraire du modèle Pratt. C'est William Howe qui dessina ce pont en 1840.
Canteliver
Le type cantelivers, se traduit par contre-levier. L'effet de contre-levier signifie qu'une section du pont peut se tenir seule, en équilibre, sur son pilier. Ils sont généralement des ponts très impressionants, car en plus d'être gros, ils traversent des obstacles non moins impressionants, comme le fleuve St-Laurent. Les tabliers de ces ponts peuvent franchir une distance impressionnante, sans soutien. Le type Spandrell est un exemple de base de type canteliver. L'agencement des poutres se fait soit sur le modèle Pratt, soit sur le modèle Warren.
Un autre type de pont canteliver est celui utilisé par les ponts Jacques-Cartier et Champlain, que nous ne verrons pas ici, parce qu'aucun chemin de fer au Québec ne les utilise. Par contre, le double canteliver, est bien connu des amateurs ferroviaires: le Pont de Québec!
Dans le cas du pont de Québec, la partie centrale est de type "dos de chameau". Ce pont est non seulement le plus grand pont de type canteliver au monde, mais il est aussi célèbre pour s'être effrondé deux fois durant son érection.
Ponts sur solives
Les ponts sur solives sont presque toujours des ponts de la catégorie "pony", c'est-à-dire qu'on ne passe pas sous la superstructure du pont.
Le type à solive simple, comme celui ci-haut, se rencontre surtout au-dessus des petits ruisseaux, là où une calvette serait trop large, et un pont à solives et poutres, trop court.
Le pont à solives et poutres et certainement le type le plus vu dans nos villes. Deux grandes solives, reliées par des poutres, soutiennent un plancher de béton, lequel retient le ballast, et finalement, la voie. Il est aussi fréquent que les solives retiennent directement les traverses. Dans ce cas, les traverses sont doublés, afin que les rails ne bougent pas. Les rails sont posés normalement, c'est-à-dire que les traverses sur lesquelles elles reposent "flottent" sur le ballast. Les rails bougent indépendamment du pont.
Le dessin ci-dessous montre un type de pont assez répandu aussi, où les solives dépassent la hauteur du plancher.
Pont à bascule, levi et tournant.
Il existe quelques types de ponts amovibles encore au Québec, mais ceux-ci se font de plus en plus rares. Ces ponts ont existé à cause du grand trafic ferroviaire et maritime qui a longtemps coexisté dans notre province. Aujourd'hui, comme exemple de pont levi, il reste le pont Victoria, sur la Voie maritime du St-Laurent, de même que le pont St-Laurent, à la hauteur de St-Constant. Quelques ponts tournants existent encore, comme celui du canal de Chambly, mais ces ponts sont presque tous remplacés par des ponts permanents lorsqu'ils brisent (comme le pont de Beloeil), ou que la voie ferrée devient hors service (ils sont alors carrément condamnés, comme le pont Wellington, à Montréal).
Exemples illustrés
Voici quelques exemples de photos de ponts. Tous ces ponts sont au Québec.
Cet exemple (ci-haut) montre bien comment deux types de ponts peuvent être intégrés ensemble. Deux pont à solives et poutres avec, au centre, un type Pratt.
Ce type de pont est un pont à solives simple. Des poutres d'acier font office de solives. Les traverses sont posées directement dessus. Ce pont est le pont du Canal Lachine, à Montréal. Autrefois, il s'agissait d'un pont tournant, ce qui explique l'agencement plutôt inhabituel des piliers. Le pilier du centre accueillait le système de pivot du pont.
Vous ne rêvez pas! Le pont est bel et bien croche! Il s'agit du pont de la rivière Chaudière, près de Charny, dont un des piliers plus que centenaire fut déplacé par un embâcle de glace au printemps 2004. On ne put remettre le pilier en place, alors on tassa le pont sur le pilier, après l'avoir solidifié dans sa position "croche".
Lorsqu'on parle de pont à solives et poutrelles, on voit très bien ici les solives, de chaque côté, et les poutrelles, formant un "X" à l'intérieur du pont. Notez que les traverses sont déjà installées sur le tablier. Ce pont remplace une section du pont de Beloeil. Les traverses ont été préinstallées pour réduire au minimum l'interruption du trafic ferroviaire.
Un exemple typique de "deck girder", c'est-à-dire de solives et poutres. Ce pont, de la catégorie "pony" est très connu. Les compagnies de chemins de fer se sont toujours fait un plaisir d'y apposer leur signature.
Toujours dans le style "deck girder", on a ici un exemple de pont où le bout des solives est arrondi.
Un pont de type solives et poutres, vu du tablier. On note facilement la présence des traverses doubles, des traverses allongées, des contre-rails, servant à maintenir une roue déraillée sur le pont, ainsi que, au loin, une des trois nacelles du pont pour permettre à une personne se faisant surprendre par un train de se réfugier. Noter que seulement une traverse sur deux est assujettie au pont. Une fine barre de métal, de chaque côté, empêche les traverses libres de bouger.
Un pont sur chevalet. Ce type de pont est généralement un pont à solive simple. Les chevalets permettent de soutenir le pont sur une très longue distance. Au tournant du siècle dernier, les chevalets étaient faits de bois sur la plupart des ponts de ce type. On les remplaça par des chevalets d'acier, plus solides, et résistants aux flammes. Il existe encore plusieurs ponts sur chevalet au Québec, la grande majorité étant de très petits ponts servant à enjamber de légères dépressions. Les deux ponts sur chevalets les plus connus: celui de Cap-Rouge, et celui de la rivière du Milieu, plus haut que celui de Cap-Rouge, de quelques pieds. De plus, ce dernier est en ligne droite, et en courbe.
Sur la photo ci-haut, toujours du pont de Cap-Rouge, notez les deux sections de gauche qui sont des sections de type Warren, par opposition aux autres sections, de type à solive simple. Une route et une rivière passent au bas de ce pont, ce qui explique la plus grande distance entre les chevalets.
Tracel?
Bien que les dictionnaires ne reconnaissent pas le mot "tracel", directement dérivé de l'anglais "trestle" (chevalet), il est largement utilisé dans le langage populaire, et reconnu comme québécisme.
Le pont tournant du canal de Chambly. Cette photo nous permet de facilement observer le tablier du pont et la façon dont les traverses y sont posées.
Le même pont, quelques minutes plus tard, pour voir passer un train. Le mécanisme pour tourner le pont se trouve sous la partie gauche du pont. Il n'y pas de contrepoids, vu la courte longueur du tablier. Le pont est manoeuvré à la main, contrairement au pont du CP, à St-Jean, toujours sur le Canal Chambly (cinq kilomètres en amont), qui lui, est actionné mécaniquement par un opérateur perché en permanence sur le pont.
Exemple de pont avec les panneaux latéraux légèrement arrondis, question d'alléger la superstructure. Ce pont est sur la rivière Nicolet, Bras Ouest, près de Drummondville.
Le pont de Beloeil est un bon exemple de structure situé sous le pont. L'agencement des poutres est de type Warren. On voit bien que l'espace restant sous le pont ne permet pas une circulation maritime aux embarcations volumineuses.
Comme il est dit dans l'explication sur le type Warren, ce pont est familièrement associé avec le chemin de fer. En voici un exemple, sur la rivière Matapédia. Le bout ouest du pont est au Québec, alors que le bout est, au Nouveau-Brunswick.