Nanotechnologies et nanomatériaux pour la construction - Génie civil — ouvrages d’art

La France compte environ 7 000 km d’autoroutes et 12 000 km de routes nationales. Le réseau de routes départementales et communales – dit « réseau secondaire » – avoisine, pour sa part, le million de kilomètres. Le réseau ferré de lignes à grande vitesse (LGV) approche désormais les 2 000 km, tandis que le réseau ferroviaire électrifié classique avoisine les 15 000 km. Ces infrastructures linéaires s’enchevêtrent grâce à 230 000 ponts routiers et 50 000 ponts ferroviaires. Elles requièrent plus de 50 000 murs de soutènement et sont rendues plus directes grâce au percement de près de 1 000 km de tunnels, routiers ou ferroviaires.

Avec 10 % de notre électricité d’origine hydraulique et près de 80 % d’origine nucléaire, nous possédons également plus d’un millier de barrages de toute taille et une soixantaine de centrales nucléaires. Et le réseau d’assainissement de nos eaux usées, quasi-totalement enfoui, est aussi dense que la France de surface.

Ce patrimoine énorme, essentiel pour la bonne marche du pays, repose essentiellement, à l’exception de la route, sur l’utilisation du béton et de l’acier (le premier contenant d’ailleurs une bonne dose du second). La place du béton pourrait encore augmenter avec son introduction éventuelle dans la construction de lignes ferroviaires à très grande vitesse (LTGV), en substitut du ballast. Ce patrimoine demande à être surveillé, entretenu et réparé. La tendance à la prolongation de la durée de vie des ouvrages ne fait que renforcer ce besoin de durabilité. Par ailleurs, le béton est l’objet d’une quête de performances mécaniques de plus en plus élevées – évolution justifiée par les défis à relever et aussi par le gain de matière et, dans certaines circonstances, de surface utile que cette amélioration permet – et de mise en œuvre de plus en plus rapide. Compte tenu de la nature physico-chimique du béton ou, plus exactement, de son liant – le ciment Portland – la maîtrise de ces questions relève dans une large mesure des nanosciences.

Le patrimoine routier repose pour sa part, du moins dans notre pays, sur un béton particulier dans lequel le liant n’est autre que du bitume. Ce béton particulier, qualifié d’« enrobé bitumineux », peut prendre des formes variées, plus ou moins compactes, comme son homologue cimentaire. Le bitume est lui-même, et de plus en plus, un produit formulé. Sa mise en œuvre et ses propriétés dépendent de la maîtrise de la matière à l’échelle moléculaire et supramoléculaire.

Ce dossier est consacré aux évolutions que les nanosciences et les nanotechnologies (« NS & NT ») peuvent apporter, non seulement aux deux liants – ciment Portland et bitume – qui viennent d’être mentionnés – et à leurs bétons, mais aussi, plus généralement, à la conception, à l’auscultation et au suivi des ouvrages, y compris de la route.