Le pont de Québec. Un lien capital : volet technique et sécuritaire

L'avenir de la structure elle-même repose sur plusieurs facteurs intimement liés les uns aux autres.

• Quelle est la vision de son propriétaire à court, moyen et long terme face à son utilisation et sa conservation?
• Comment se développera le transport collectif dans les prochaines années entre les deux rives et quelle sera l'utilisation du pont (autobus, transmway, etc.)?
• Même question sur un éventuel projet de monorail à grande vitesse entre Montréal et Québec.
• Quelles sont les prévisions d'utilisation de la voie ferrée pour le transport de marchandises et de passagers par train?
• Quelles seront les répercussions de tout ce stress sur l'armature physique?
• Existe t-il des plans de mesure d'urgence en fonction d'incidents et d'accidents?
• Quelles seraient les conséquences d'un arrêt de navigation sur la voie maritime du Saint-Laurent?
• Y aura t-il un jour une nouvelle voie entre les deux rives (tunnel) qui viendra décongestionner la circulation sur les liens existants?

Il serait présomptueux de s'avancer sur quelque affirmation que ce soit d'ordre technique sans que ces points d'une importance majeure ne soient précisés. Par contre, on peut espérer pouvoir utiliser le pont de QUébec de façon sécuritaire et fiable encore longtemps. Les bons moyens doivent être mis en oeuvre pour sécuriser l'ouvrage en effectuant, d'une manière continue, la surveillance, les inspections et les travaux nécessaires pour assurer sa pérennité.

• Document de réflexion « Un lien capital »
  • Valeur historique, patrimoniale et touristique;
  • Volet technique et sécuritaire du pont de Québec;
  • Valeur utilitaire et économique;
  • Conclusion;
  • Revenus possibles par type de transport;
  • Version pour imprimer, août 2014 (672.31 Ko);

*Points saillants retenus par notre groupe dans les rapports auxquels nous avons eu partiellement accès.

Rapport du Canadien National (CN) sur le pont de Québec, 14 juillet 1995, sommaire du rapport (extraits)

• « Ce rapport a été pré paré par le personnel de l’ingénieur en chef adjoint-Charpentes du CN. Il a pour objet de résumer l’état du pont de Québec (…) le CN doit entreprendre de constituer un programme majeur d'entretien du pont (…) pour restaurer l'ouvrage dans un état apte à assurer sa viabilité à long terme et à permettre qu'il soit maintenu dans cet état. (…)
• L'étude comprenait l'évaluation de l'ouvrage dans son état de construction initial, une inspection détaillée [ de l'ensemble du pont à l'exception de la chaussée routière ], l'évaluation de sa capacité de charge dans l'état actuel et des essais in situ pour étayer la fiablitié des analyses.
• L’inspection détaillée de la structure a révélé qu’elle est de façon générale en fort  bon état, compte tenu de son âge et des conditions dans lesquelles elle a été  exploitée. (…) Le revêtement de peinture [est] dans un état qu’on peut qualifier de  passable à mauvais.  
• Les sondages par auscultation ultrasonique et acoustique que deux firmes  indépendantes ont effectués sur des joints choisis au hasard n’ont fait ressortir aucun  signe de défectuosité.  
• La structure a été analysée en 3 dimensions à l’aide des méthodes d’étude par éléments finis les plus évolués. (…) La technologie actuelle nous a permis de  combiner les forces de flexions bi­axiales et les forces axiales et d’obtenir une valeur plus précise des sollicitations dues au vent, au poids propre, à la température, à la traction longitudinale et aux charges dynamiques que le pont subit.(…)
• Les résultats des essais [in situ sous des conditions contrôlées] ont montré que la structure présente un comportement idéal, sans aucune manifestation anormale.
• L’auscultation acoustique visant à détecter si des fissures s’amorcent ou se propagent à des joints critiques prédéterminés n’a fait ressortir aucun indice de destruction ni d’amorces de fissuration en présence des charges actuelles.
• Une analyse de fatigue a également été effectuée sur tous les éléments critiques de la structure (…) Si un programme d'entretien adéquat continue d'être appliqué, on peut prévoir que l'ouvrage aura une longue durée de vie utile. (…)
• En résumé, la structure peut supporter le traffic actuel ainsi que le traffic prévu dans un avenir immédiat. Les travaux de réparation et d'entretien préventif doivent avoir lieu de façon périodique à l'intérieur d'un programme continu afin d'assurer la longévité de l'ouvrage. »

Éléments pertinents extraits de ce rapport 95-108, appuyant le sommaire de celui-ci et questions du Groupe avenir du pont de Québec (APQ)

• Introduction : dès que le CN a fait l'acquisition du pont en 1993, il a décidé d'entreprendre une étude détaillée pour en connaître l'état et déterminer quels travaux étaient nécessaires pour en assurer sa longévité.
• Superstructure : on n'ap pas observé d'amincissement notable de l'acier par la corrosion ni d'indice de destruction dans les éléments primaires de structure principale, (confirmant) leur bon état.
• Structure principale : le calcul des capacités de charge a révélé que la structure peut encore supporter le traffic actuel.
• Question 1 : Mais qu'en est-il du traffic automobile qui congestionne le pont aux heures de sortie? Qu'en est-il des convois ferroviaires qui peuvent occuper la longueur totale du pont et transporter des matériaux lourds et dangereux (du pétrole, par exemple?)
• Analyse de fatigue : les éléments de la structure principale susceptibles d'être affectés par un phénomène de fatigue de métal ont subi une analyse de fatigue pour permettre de reconnaître tous ceux qui pourraient devenir inquiétants dans les 25 prochaines années.
• Question 2 : Cinq ans avant cette échéance, serait-il encore temps de réparer les éléments trop endommagés pour assurer la sécurité du pont?
• Longerons du tablier-rail : la durée de vie en fatigue des longerons du tablier-rail, en présence des paramètres susmentionnés, a été jugée adéquate pour au moins les 25 prochaines années à la condition qu'on puisse empêcher la corrosion de leurs semelles inférieures de devenir excessive. Il sera nécessaire de réévaluer leur durée de vie en fatigue restante si des mesures ne sont pas prises pour stopper le processus actuel de détérioration.
• Question 3 : La corrosion de leurs semelles inférieures est-elle sous contrôle?
• Pièces de pont du tablier-rail : c'est sur la travée cantilever nord qu'on a trouvé la pièce  du pont la plus critique sur le plan de la fatigue du métal, dont la durée de vie est évaluée à moins de 5 ans. Toutes les autres pièces du pont signalées pour leur corrosion notable ont une durée de vie supérieure à 10 ans.
• Question 4 : 20 ans après ce rapport, les travaux de réfection nécessaires ont-ils été effectués? Si oui, quand et quelle est actuellement leur durée de vie prévue? Sinon, faut-il s'en inquiéter 10 ans plus tard?
• Structure principale : tous les éléments de structure ont été jugés comme ayant une durée de vie en fatigue adéquate pour au moins les 25 prochaines années.
• Question 5 : Cinq ans avant cette échéance. la prudence s'impose t-elle?
• Programme d'inspection détaillé : l'analyse en fatigue ne tient compte d'aucun défaut de métal ni d'anomalies assimilables à des fissures qui pourraient avoit été introduites au cours des procédés de fabrication, d'assemblage ou de montage. (...) Un programme d'inspection détaillé comme celui qui est pratiqé sur les autres ponts du CN est un moyen positif de détecter les amorces de fissures dues à ces défauts et il serait bon d'appliquer un programme de ce genre au pont de Québec.
• Question 6 : Pourquoi une telle inspection se fait-elle sur d'autres ponts du CN et pas sur le pont de Québec?
• Recherche de fissures de fatigues : le rapport (d'inspection de la firme DNL Technologies de Montréal) conclut qu'aucun signal acoustique ne s'est produit sur aucun des douze éléments de structure principale soumis à l'auscultation.
  Question 7 : Cet échantillonnage  d'auscultation est-il suffisant?
• Recommandations : conformément à l'accord conclu en 1993, le CN veillera à préserver la viabilité à long terme du pont de Québec.
• Question 8 : Que faut-il entendre par long « terme »?

Rapport d'audit d'inspection préparé par Delcan Corporation, janvier 2009

À l'automne 2008, la firme Delcan est mandatée par le gouvernement fédéral pour procéder à une inspection des travaux réalisés par le CN dans le cadre de son programme de restoration du pont. Son rapport est publié en janvier 2009.

Conclusions du rapport Delcan et question du Groupe avenir du pont de Québec (APQ)

• Plusieurs réparations recommandées lors des inspections précédentes (1994 et 1995) n'ont pas été exécutées ou exécutées partiellement. Aussi, depuis ces inspections qui datent de plus de 15 ans, la dégradation du pont s'est poursuivie à un rythme accéléré.
• Même si le pont ne présente pas de danger immédiat, des travaux doivent débuter à court terme pour éviter une dégradation irréversible.
• Le nouveau produit pour le repeindre (côté nord) présente déjà après 4 ans des signes démontrant une usure prématurée et ne respecte pas la garantie annoncée par le fabricant. Selon l'APQ, le fait que la protection du pont par un revêtement approprié engendre des coûts très importants influence grandement les scénarios relatifs au pont de Québec. En effet, une peinture et une méthode d'application non conventionnelle peut générer un écart de 140 millions $.
• Question : Quelle est la responsabilité du fabricant? La peinture corrige t-elle les faiblesses des pièces rouillées, certaines carrément « hors d'usage »? La corrosion a déjà attaqué plusieurs pièces secondaires qui sont amincies et perforées comme le démontrent plusieurs photos apparaissant dans le rapport. Elle a aussi commencé à toucher des éléments critiques du pont, les «eyebars » par exemple. Il devient urgent de prendre les mesures nécessaires immédiatement si on désire prolonger la durée de vie utile de ce pont historique.

Rapport Roche et question du Groupe avenir du pont de Québec (APQ)

L'APQ n'a pas eu accès au rapport Roche commandé en 2010 par le CN.
Question : Que recèle t-il de si secret ou de si inquiétant pour en refuser l'accès?

Rapport du ministère des Transports de l'automne 2013 et question du Groupe avenir du pont de Québec (APQ)

Ce rapport de 515 pages porte uniquement sur le tablier du pont.

• Ce rapport est codifié et nous n'avons pas accès actuellement aux procédures de rédaction, ce qui rend celui-ci pratiquement incompréhensible sauf pour les commentaires et les photos. Ainsi, des cotes de 1 à 4 sont utilisées sans qu'il soit possible de savoir à quel niveau de dommage elles correspondent.
• Dans la version obtenue, il n'est aucunement mention de la technique d'inspection visuelle qui a été utilisée; il s'agit d'une information essentielle pour la compréhension des résultats qui y sont notés.
• À la suite de ce rapport, le ministère des Transports conclut qu'il faut refaire le tablier du pont de Québec.
• Question : Si le tablier requiert une attention immédiate, qu'en est-il de la structure du pont qui le maintient en place?

Comme prémisses, il est essentiel que le pont soit sécuritaire et fiable d'utilisation, tout en conservant une apparence rassurante qui témoigne d'un bon entretien. Il faudrait également se poser la question suivante : à quel usage le pont est-il destiné et pendant combien de temps souhaite t-on le garder fonctionnel? Outre les questions soulevées à la lecture des rapports consultés, l'APQ s'interroge également sur les aspects suivants, eu égard au pont de Québec :

En matière d'utilisation et de responsabilités

• Quel est le statut de gouvernance du pont (propriétaire-utilisateur)?
• Quelle est la planification d'utilisation du pont par le CN?
• Quelle est la planification d'utilisation du pont par les villes de QUébec et Lévis?

En matière de sécurité

• Quelle est la durée de vie sécuritaire et fiable du pont (20-30-40-50 ans)?
• À quand situer la fin de sa vie utile et son remplacement éventuel?
• Y a t-il eu analyse des aspects relatifs à la sécurité et à la fiabilité du pont en lien avec la probabilité d'un accident et ses conséquences?
• Existe t-il des plans de mesures d'urgence en cas d'incident et d'accident (au sujet du transport de matières inflammables, par exemple)?

En matière de vocation

• Attribue t-on au pont de Québec une valeur culturelle, patrimoniale, touristique qui justifierait l'importance accordée à son aspect esthétique?
• De quelle nature est la circulation anticipée (débit) de voitures, camions, trains, piétons, cyclistes?
• Comment tenir compte des divers projets de lien entre les deux rives : tramway nord-sud, ajout d'un quatrième lien nord-sud (incluant la traverse de Lévis), tunnel Lévis-Québec direct ou arrêt du tunnel sur l'Île d'Orléans? Un nouveau pont vers l'Île d'Orléans serait-il encore nécessaire? Peut-on songer à une optimisation de l'utilisation du pont de Québec avec les traversiers?
• L'implantation d'un monorail à haute vitesse Québec-Montréal (projet en évolution) accroché au pont de Québec devrait-elle envisagée?
• Les sommes qui seraient consacrées à un éventuel quatrième lien entre les deux rives ne pourraient-elles être investies dans l'adaptation du pont de Québec aux nouveaux besoins?
• Que fait-on du plan de mobilité durable de la ville de Québec et de la concertation à établir entre les deux rives relativement à la fuidité de la circulation, à l'étalement des périodes de pointe, à l'encouragement au covoiturage?

Pérennité du pont de Québec

L'APQ a retenu une pérennité d'encore plusieurs décennies pour le pont mais peu importe cette valeur, il faut prévoir les documents techniques requis pour les travaux de modification, réparation, remplacement, entretien inspection et surveillance nécessaires à l'utilisation sécuritaire et fiable du pont et, donc des engagements financiers sur une période d'au moins 20 ans pour les réaliser. Prévoir également des plans et mesures d'urgence en cas de séisme, accident routier, ferroviaire, fluvial feu, terrorisme, déversement de produits dans le fleuve et impact sur l'aval (station de pompage, raffinerie, navires de passagers et de marchandises, paralysie de la voie maritime du Saint-Laurent).

Établir les caractéristiques de la structure

Généralement, les bris résultent d'une accumulation de facteurs contributifs et/ou de causes sous-jacentes. Quand le bris se produit à la suite de causes sous-jacentes, l'histoire peut se répéter plus tard ailleurs. Il faut donc déterminer les endroits les plus contraints en charge statique, dynamique, en vibration, dilatation, corrosion, fatigue et procéder à une modélisation par éléments finis.

Les barres d'accouplement « eye bar » sont potentillement des pièces critiques, comme en témoigne l'effondrement du Silver Bridge sur le fleuve Ohio  (États-Unis) en 1967 (46 morts).

Critères associés aux inspections

Il y a eu 1 502 bris de ponts aux États-Unis entre 1966 et 2005. Plus de 80 % de ceux-ci ont pour cause l'hydraulicité, les collisions et la surcharge. En ce qui concerne le pont de Québec, le facteur surcharge est le plus intéressant puisqu'on se préoccupe ici de la structure métallique. La surveillance adéquate de la structure peut prendre la forme suivante :

• documenter et rendre accessibles les procédures, méthodes et techniques d'inspection ainsi que les critères d'acceptation selon les normes et codes en vigueur;
• s'assurer de la qualification des inspecteurs;
• utiliser les équipements d'inspection capables de détecter les discontinuités anticipées dans le matériel à inspecter. Prévoir des pièces d'étalonnage à cette fin;
• établir un programme d'inspection périodique;
• inspecter les points les plus critiques en fonction des caractéristiques de la structure et;
• prévoir des inspections après des événements exceptionnels excédant ceux prévus au cahier des charges comme impact maritime, ferroviaire, routier, feu, déversement, événement météorologique exceptionnel, surcharge, etc.

Pourquoi ne pas créer un comité multidisciplinaire indépendant ayant accès à toute l'information afin de donner gratuitement les réflexions pertinentes issues de quelques rencontres. Il existe sûrement des retraités intéressés par ce projet, compétents dans leur domaine et prêts à partager leur expertise avec des personnes d'autres disciplines afin d'avoir une vision 360 degrés incluant la gouvernance, l'économie, l'ingénierie, la culture, le patrimoine, l'environnement et le développement durable et les changements climatiques.

Travaux sur la structure

Modification, réparation, remplacement des pièces de la structure à la suite des inspections. Prévoir par la suite les inspections requises pour valider la conformité de ces travaux. Tenir compte de la variation du poids du pont à la suite des travaux, aux aspects hydrauliques et aérodynamiques, aux fréquences de résonance, etc.

Critères de surveillance

Plusieurs techniques permettent une bonne surveillance du pont, comme :

• l'inspection visuelle assistée;
• la mesure de déplacement;
• les jauges de contraintes;
• les mesures de vibration;
• l'émission acoustique.

Certaines de ces mesures peuvent être en continu et analysées par des logiciels.

En conclusion de ce volet technique et sécuritaire, l'APQ est un dossier complexe comportant une multitude d'aspects dont les priorités variant en fonction des groupes concernés. Le citoyen veut être rassuré quant à l'exploitation sécuritaire et fiable du pont tout en étant fier de présenter celui-ci aux nombreux touristes qui le verront pour la première fois.

Une vision à long terme sur plusieurs décennies s'impose, tout comme il faut prévoir les risques et conséquences en cas d'incident ou accident. Un comité indépendant, multidisciplinaire et volontaire pourrait donner aux citoyens l'assurance supplémentaire d'une analyse impartiale.