Vers une nouvelle méthodologie de notation des ouvrages souterrains RATP
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
Vers une nouvelle méthodologie de notation
des ouvrages souterrains RATP
N. RHAYMA1*, A. TALON1, P. BREUL1, P. GOIRAND2
1
Institut Pascal UMR 6602. 24, avenues des Landais - BP 206. 63174 Aubière Cedex
2
RATP – Département Gestion Des Infrastructures - Unité Equipements, Stations et
Ouvrages d'art. 50, rue Roger Salengro. 94724 Fontenay-sous-Bois cedex
noureddine.rhayma1@univ-bpclermont.fr
RESUME. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet ANR Méthodologie de Diagnostic des
Tunnels et Ouvrages Souterrains en Service (MéDiTOSS) dont le principal objectif est le
développement d'une méthodologie de diagnostic permettant de mieux maitriser les opérations de
maintenance.
Nous présentons dans ce travail une première analyse des tunnels RATP afin de remonter aux
origines des pathologies qui peuvent dégrader le système et les chaines de décisions qui en
découlent. Cette analyse qualitative fournira ensuite aux gestionnaires une évaluation quantitative
de l’état de leurs ouvrages à partir d’une méthodologie adaptée aux contraintes d’exploitation et
de sécurité.
ABSTRACT. This paper is carried out in the frame of the ANR project MéDiTOSS; whose main
objective is the development of a methodology of diagnostic of RATP tunnels to better control
maintenance operations.
We present in this work, a first analysis of RATP tunnels, allowing the description of the
origins of defects that can damage the system and the decision chains resulting. Then, this analysis
will provide to network managers a quantitative assessment of the state of the tunnel structure with
a methodology adapted to operational constraints and safety.
MOTS-CLÉS : tunnels RATP, analyse de risques, méthode du nœud papillon.
KEY WORDS: RATP tunnels, risk analysis, BowTie method.
31èmes Rencontres de l’AUGC, E.N.S. Cachan, 29 au 31 mai 2013 2
1. Introduction générale
Le réseau métropolitain de Paris, est constitué essentiellement d’ouvrages souterrains
et plus de la moitié de ces ouvrages est antérieur à 1920. La régie autonome des transports
parisiens (RATP) a en charge, en plus de l’exploitation du réseau, son entretien. La
maintenance et la pérennisation des infrastructures existantes sont des enjeux majeurs de
la gestion du réseau afin de maintenir le service aux usagers, garantir la sécurité de
l’exploitation ferroviaire et d’optimiser les coûts globaux de gestion de ces ouvrages. Pour
ce faire, il est nécessaire que les gestionnaires de ces ouvrages puissent non seulement
disposer de méthodes de diagnostic leur permettant de caractériser l’état des ouvrages
existants, mais également de méthodes d’agrégation de données leur permettant de noter
et de hiérarchiser leurs ouvrages. Les composants d’un tunnel RATP sont présentés à la
figure 1. Dans ce contexte, le projet ANR MéDiTOSS vise à développer une
méthodologie de diagnostic permettant de caractériser quantitativement l’état des tunnels
et ainsi de mieux maitriser les opérations d’entretien.
Figure 1. Différents composants d’un tunnel RATP.
Dans le travail présenté dans cette communication, nous nous focalisons sur la
démarche de l’analyse de risques afin d’identifier les pathologies affectant ces tunnels et
les chaines de décision actuelles en terme d’inspection et d’entretien. Dans cet objectif,
nous commençons par définir les limites du système examiné. Ensuite, une analyse
structurelle du système est réalisée. Trois structures « types » ont été retenues
(représentatives de la diversité de forme des tunnels RATP). Les composants de ces
structures sont ensuite définis. Le rôle du tunnel et de chacun des composants est alors
identifié dans le cadre de l’analyse fonctionnelle. L’analyse de risques, réalisée par la
méthode du nœud papillon, résulte de la combinaison d’un arbre de défaillances et d’un
arbre d’événements, centré sur un même événement non souhaité (pathologie des tunnels
RATP dans notre cas).
Dans la suite de cette communication, nous présenterons la méthode actuelle
d’inspection et de prise de décision en terme de maintenance de la RATP, l’analyse
système (analyses structurelle et fonctionnelle) réalisée, les pathologies affectant les
tunnels de la RATP, l’application de la méthode du nœud papillon, puis les recherches en
cours concernant la notation des stations et des tunnels de circulation et le développement
d’une stratégie de diagnostic des tunnels.Méthodologie de notation des ouvrages souterrains RATP. 3
2. Méthode d’inspection actuelle des ouvrages et prise de décision
La politique actuelle de gestion du patrimoine d’ouvrages d’art de la RATP est basée
sur une stratégie de visites et d’inspections visuelles permettant d’attribuer à chaque
ouvrage ou partie d’ouvrage une note. Ce système de notation est basé sur l’observation
visuelle. En effet, des agents qualifiés, qu’on appellera dans la suite les visiteurs,
effectuent des tournées régulières d’inspection afin d’établir l’état des lieux structurel du
réseau RATP. L’ensemble des ouvrages est inspecté et chaque défaut apparent est localisé
et signalé dans des rapports d’inspection. L’ensemble de ces défauts est noté suivant des
critères biens définis. Les notes attribuées aux défauts varient de 1 à 7 : une note de 1
caractérise un défaut mineur.
Les levées de visites mentionnent :
- les désordres structurels, notamment la présence de fissures, avec indication des
ouvertures, rejet ou altération du revêtement,
- les manifestations de présence d’eau : humidité suintements, égouttements,
infiltrations, venues et les phénomènes associés tels que concrétions ou dépôts.
Une fois les défauts mentionnés, une note de santé générale est donc établie. La note
de santé générale permet de noter un ouvrage : tunnel, couloir, station ou ouvrage d’art.
La note de santé générale varie de 1 à 6 (1 caractérise l’état d’un ouvrage neuf, 6 celui
d’un état proche de la ruine). Suivant la note de santé générale, une décision concernant
des travaux de maintenances éventuels peuvent être décidés.
3. Analyse structurelle et fonctionnelle
Dans le but de mieux comprendre le comportement du système analysé (tunnel) nous
commençons par les analyses structurelle et fonctionnelle, présentées dans cette partie.
Le système, selon la terminologie de l’analyse de risques [BAR 11], regroupe :
- le produit : dans notre cas le tunnel RATP (tunnel de circulation des rames ou
tunnels d’accès) ;
- l’environnement des causes : l’ensemble des causes pouvant dégrader le produit
(modification de l’encaissant, pourrissement du bois de blindage, vieillissement
naturel du tunnel) ;
- l’environnement des conséquences : l’ensemble des éléments sur lesquels la
dégradation du produit peut avoir des impacts (tunnels, rames et passagers).
Le système, représenté à la figure 2, correspond à ce sur quoi l’on peut agir en
ingénierie.31èmes Rencontres de l’AUGC, E.N.S. Cachan, 29 au 31 mai 2013 4
Figure 2. Graphique de l’analyse système du tunnel.
Dans notre cas, les réseaux (d’autres concessionnaires juxtaposées aux tunnels RATP), le
trafic routier, les circulations d’eaux, la dissolution / modification du terrain de fondation
peuvent dégrader le tunnel ; ils sont donc intégrés à l’environnement de causes. Mais on
ne peut pas agir pour les supprimer ; ils ne font donc pas partie du système. A l’inverse,
l’exploitation et les usagers peuvent être impactés par la dégradation du tunnel
(environnement de conséquences) et l’on peut les protéger pour supprimer les effets
éventuels de la dégradation du tunnel ; ils font donc partie du système.
Nous avons sélectionné les structures « types » (représentatives de la diversité de
forme des tunnels RATP). Par la suite nous avons décomposé chaque structure en
composants. Nous avons ensuite associé à chaque composant leurs pathologies en se
basant sur les défauts signalés lors des tournées d’inspection annuelles ou quinquennales
[RATP 11, 12a, 12b, 12c ; GOI, 09]. Nous schématisons à la figure 3 les structures types
que nous avons retenues. La figure 3 (a) correspond à la structure d’un tunnel de
circulation. Les figures 3 (b) et 3 (c) représentent un tunnel d’accès, respectivement, avec
voûte ou couverture.
Figure 3. Différentes structures de tunnels retenues : (a) tunnel de circulation, (b)
tunnel d’accès avec voûte (c) tunnel d’accès avec couverture.Méthodologie de notation des ouvrages souterrains RATP. 5
L’analyse fonctionnelle consiste par la suite à identifier le rôle du tunnel puis de
chacun de ses composants. Ces fonctions sont répertoriées dans le tableau suivant (tableau
1).
Fonctions globales
Type Fonction
Tunnel de circulation Assurer l’exploitation en toute sécurité
Tunnel d’accès Assurer la circulation des usagers en toute sécurité
Fonctions des composants
Composant Fonction
Ne pas générer d’infiltration pour éviter les dommages aux
Voûte, piédroit, radier, dalle équipements, des nuisances à l’exploitation et aux usagers
Assurer l’exploitation et la circulation des usagers en toute sécurité
Résister mécaniquement
Voûte, piédroit, radier, dalle,
Etre intègre au contact de l’environnement de causes
Encaissant, revêtement
Tableau 1. Fonctions assurées par le tunnel et ses composants
4. Principales pathologies
Les ouvrages souterrains de la RATP subissent des pathologies plus ou moins
contraignantes pour le bon fonctionnement du système. Ces pathologies sont liées à
l’environnement agressif et préjudiciable (présence d’eaux, substances chimiques),
contexte géologique (gypse, carrières), aux méthodes de réalisation, au vieillissement de
certains tronçons et ouvrages ainsi qu’à des facteurs externes tels que les fuites de
canalisation ou les charges qui peuvent être transmises depuis les chaussées ou par des
travaux adjacents aux ouvrages.
L’apparition de ces défauts peut avoir un caractère brutal (fontis par exemple) ou
progressive (ouverture d’une fissuration par exemple). Le tableau 2 donne les principales
pathologies qui peuvent toucher chaque composant du tunnel.
Les défauts peuvent être classés en deux catégories de pathologies : fréquentes et
rares. Pour la RATP, la fissuration et les problèmes d’infiltration d’eau sont les plus
redoutées. De plus, leur influence sur le développement d’autres défauts structurels
(comme le montre le diagramme de la figure 4) peuvent engendrer une dégradation de
l’image des espaces RATP.
Mouvement de structure Fissuration Infiltration
Figure 4. Diagramme de développement des défauts.
Elément31èmes Rencontres de l’AUGC, E.N.S. Cachan, 29 au 31 mai 2013 6
Radier Piédroit Revêtement Voûte
Tassement Infiltration Fissuration Infiltration
Dissolution du
Fissuration Concrétion Fissuration
gypse
Concrétion Ecaillage Perte de matériaux
Ecaillage Concrétion
Zone sonnant le creux Zone sonnant le creux
Ventre Ecaillage
Tableau 2. Principales pathologies des composants des tunnels RATP.
Ces pathologies représentent les nœuds centraux (points de départ de l’analyse) des
nœuds papillons, présentés dans le paragraphe suivant.
5. Analyse par nœud papillon
Nous détaillerons dans ce paragraphe, la méthode elle-même ainsi que son application
aux deux pathologies majeures affectant les tunnels de la RATP : l’infiltration et la
fissuration.
5.1. Principe de la méthode nœud papillon
L’application de la méthode du nœud papillon tend aujourd’hui à se démocratiser et
son application au secteur de l’industrie est de plus en plus répandue. L’analyse de risques
par la méthode du nœud papillon, résulte de la combinaison d’un arbre de défaillances et
d’un arbre d’événements, centré sur un même événement redouté (pour nous, les
pathologies des tunnels RATP).
L’intérêt principal du nœud papillon est qu’il permet de visualiser l’ensemble des
chemins (enchaînements d’évènements de base), conduisant des événements de base
(causes élémentaires de dégradation), jusqu’à l’apparition de dommages au niveau des
cibles (pour nous, les tunnels, les rames et les usagers). Chaque chemin désigne alors un
scénario d’accident particulier, pour un même événement redouté.
La partie amont de l’événement redouté est constituée par un arbre de défaillances qui
permet une analyse des combinaisons de causes, et la mise en évidence de l’effet des
mesures de prévention sur le déroulement des séquences accidentelles aboutissant à la
réalisation de l’événement redouté. La partie avale est, quant-à-elle, constituée par un
arbre d’événements et permet de déterminer la nature et l’ampleur des conséquences, en
fonction de la disponibilité des mesures de protection. Le synoptique, présenté en figure 5,
schématise le résultat d’une analyse par nœud papillon. Dans notre cas d’étude, le nœud
papillon permettra de représenter :
- les pathologies affectant les tunnels (évènements non souhaités, au centre du
nœud papillon) ;
- l’ensemble des causes pouvant engendrer ces pathologies (les combinaisons entre
ces causes élémentaires sont représentées à l’aide de l’arbre des causes) ;Méthodologie de notation des ouvrages souterrains RATP. 7
- l’ensemble des conséquences des pathologies sur les trois cibles considérées
(structure du tunnel, les rames et les usagers) ; elles correspondent au début de
l’arbre d’évènements qui succèdent aux événements non souhaités ;
- l’ensemble des dispositions et décisions actuellement prises en termes
d’inspection et de maintenance par la RATP pour remédier à ces pathologies.
Les barrières sur l’arbre des défaillances (mesures de prévention) n’ont pas été mises
en évidence et les barrières sur l’arbre des évènements (mesures de protection)
correspondent aux décisions d’inspection et de maintenance de la RATP et sont
schématisées à l’issue des conséquences sur les cibles. Pour une question de lisibilité,
nous associons un nœud papillon à chaque pathologie, bien que les pathologies elles-
mêmes aient des relations de causes à effets (qui sont présentées quant-à-elles avec un
arbre de défaillances). L’application du nœud papillon à notre cas d’étude est schématisée
à la figure 5.
Figure 5. Application du nœud papillon aux tunnels de la RATP
5.2. Construction des nœuds papillons
Ces nœuds papillons ont été réalisés avec l’aide de la RATP. A partir d’un événement
non souhaité, nous avons défini les premières causes pouvant générer cette pathologie ;
puis de proche en proche nous sommes remontés aux causes originelles. Nous avons
identifié les combinaisons entre ces causes par des relations en « ET » et en « OU ». Les
moyens (qui seront utilisés par la méthode de diagnostic MéDiTOSS : pénétromètre
dynamique, géoendoscopie, géoradar, carottage, etc.) permettant de caractériser ces
causes sont notés en bleu à gauche des causes originelles. L’utilisation et le choix du
matériel utilisé par la méthode MéDiTOSS sont développés dans [LLA 13]. Les
conséquences sur les cibles sont représentées en bleu à droite des pathologies. Enfin, les
cheminements de décision de la RATP suite à l’observation de ces pathologies sont
schématisés en rouge, à droite des conséquences sur les cibles.
Les abréviations utilisées dans les nœuds papillons sont :
- DI : dépêche d’intervention courante (entretien courant ou mise en sécurité),
- DIU : demande d’intervention urgente,
- PTRX : proposition de travaux correspondant à un entretien spécialisé,
- PGE : proposition de gros entretien,
- DPE : demande de préconisation correspondant à une prise en charge par le
groupe des expertises.
Les figures 6 et 7 donnent respectivement les résultats d’analyse par la méthode du nœud
papillon pour l’infiltration d’eau et pour les fissurations.31èmes Rencontres de l’AUGC, E.N.S. Cachan, 29 au 31 mai 2013 8
Figure 6. Nœud papillon correspondant à une infiltration d’eau
Figure 7. Nœud papillon de la pathologie fissuration.Méthodologie de notation des ouvrages souterrains RATP. 9
Par exemple, la fissuration peut être due à une perte de butée au niveau du piédroit.
Les moyens de caractérisation de la perte de butée sont le carottage ou les mesures
pénétrometriques de type Panda couplées aux mesures géo-endoscopiques. Les
conséquences de la fissuration sont, la dégradation de l’image des espaces RATP, le
risque d’infiltrations ainsi que le risque de chute d’éléments (enduits ou fragments de
revêtement) pouvant générer des blessures et des arrêts d’exploitation si le phénomène
n’est pas traité. Les prises de décision pour la RATP suite à une fissuration sont
l’intervention en urgence (si niveau d’alerte est élevée) ou la programmation de travaux
d’entretien.
Bien que nous ayons considéré la diversité géométrique et fonctionnelle du patrimoine
des tunnels de la RATP (cf. figure 3), les pathologies communes ont des causes et des
conséquences similaires ; par conséquent, les nœuds papillons sont génériques. Seule
l’intensité des causes et des conséquences pourront éventuellement varier.
6. Vers une nouvelle méthodologie d’inspection et de notation des ouvrages
La méthodologie proposée dans le cadre du projet ANR MéDiTOSS consiste à
intégrer de nouveaux outils d’auscultation permettant de mieux caractériser l’état
mécanique et géométrique du tunnel ; contrairement à l’approche actuelle basée
principalement sur la détection visuelle des défauts. En effet, le recours aux
reconnaissances destructives et aux suivis dimensionnels de part leurs couts et leurs
caractères ponctuels ne peut être généralisé à l’échelle du réseau.
Cette nouvelle stratégie consiste à coupler trois techniques : le géoradar, le
pénétromètre dynamique léger (Panda) couplé au géo-endoscope et enfin l’impédance
mécanique. Ce couplage permet la description de la géométrie de la maçonnerie (panda
endoscopie, impédance et géoradar), l’état de contact entre la structure et l’encaissant
(géo-endoscopie) ainsi que les caractéristiques mécaniques du revêtement intrados, de la
maçonnerie et de l’encaissant (par mesures Panda-géo-endoscopie). La stratégie
d’inspection MéDiTOSS sera appliquée à des panneaux (d’une dizaine de mètres de long)
pré-sélectionnés et de longueurs variables allant de quelques mètres à une dizaine de
mètres. Une « note Panneau » sera donc attribuée en fonction de l’état de la maçonnerie
(épaisseur et caractéristiques mécaniques), de l’état de contact (entre la maçonnerie et
l’encaissant) et de l’encaissant pour chaque panneau.
La décision de maintenance de la RATP est prise au niveau de la station (ensemble de
couloirs d’accès) et de l’ouvrage (tunnel ferroviaire). Il est donc maintenant nécessaire de
proposer une méthode permettant un changement d’échelle, c’est-à-dire passer de la note
« panneau » à la note « couloir » puis « station » et « ouvrage ». Ces notes, une fois
retenues, prendront en compte les notes « panneau » issues de la méthode de diagnostic
MéDiTOSS, les notes d’observation visuelles de la RATP ainsi que le contexte
géologique / géotechnique et hydrique des tunnels.Compte tenu de la connaissance
indispensable de l’état des tunnels apportée par le diagnostic (méthode MéDiTOSS ou
méthode RATP actuelle) mais également des coûts associés, une stratégie d’implantation
optimale des panneaux est en cours de recherche.31èmes Rencontres de l’AUGC, E.N.S. Cachan, 29 au 31 mai 2013 10
7. Conclusions et perspectives
Nous avons présenté dans ce travail, des analyses structurelle et fonctionnelle des
tunnels RATP. Une première analyse de risques par la méthode du nœud papillon à
permis de décrire l’ensemble causes et des enchaînements de causes pouvant conduire à la
dégradation de ces tunnels et les démarches entreprises actuellement pour remédier à ces
désordres. Cette analyse nous a donc permis de mettre en évidence et de mieux
comprendre les cheminements existants entre causes mécaniques / physiques et prise de
décision. Les démarches de notation actuelle de la RATP et envisagée par la
méthodologie MéDiTOSS ont également été présentées. Les recherches en cours pour la
méthodologie MéDiTOSS consistent d’une part à déterminer comment passer de l’échelle
de notation du panneau (résultat du diagnostic) à l’échelle de la station / ou de l’ouvrage
(échelle de prise de décision) et d’autre part à proposer une stratégie optimale
d’implantation des panneaux MéDiTOSS. La quantification en termes de fréquence
d’apparition des causes originelles et des pathologies des nœuds papillons vont nous aider
dans ces recherches en cours.
8. Bibliographie
[BAR 11] J. BAROTH, F. SCHOEFS, D. BREYSSE. Fiabilité des ouvrages : sûreté, variabilité,
maintenance, sécurité. Editions Hermes Science Publications. 2011.
[GOI 09] P. GOIRAND Les ouvrages souterrains en maçonnerie. Formations Internes PL & CPMO
4 & 5 mars 2009.
[IDD 08] O. IDDIR. Le nœud papillon : une méthode de quantification du risque majeur.
Technique de l’ingénieur. se4055. 2008.
[MOR 02] Y. MORTUREUX. Arbres de défaillance, des causes et d'événement. Technique de
l’ingénieur. se4050. 2002.
[RAT 11] RATP- Procès verbal de Surveillance Réglementaire Programmée Visite de l'année 2011.
Ligne 8 CHAMP DE MARS (Accès). M2E/IML/CPMO.VI
[RAT 12a] RATP -Procès verbal de Surveillance Réglementaire Programmée. Visite de l'année
2012. Ligne 6 PASTEUR (Accès). 2E/IML/CPMO.VI
[RAT 12b] RATP - Procès verbal de Surveillance Réglementaire Programmée - Inspection de
l'année 2012. Ligne 3 EUROPE (Accès) M2E/IML/CPMO.VI
[RATP 12c] RATP - I2P. Présentation du groupe : Investigations, Préconisations et Projets I2P.
M2E / IML / CPMO / I2P.
[LLA 13] D. Llanca, P. Breul, Y. Haddani, P. Goirand. Methodology of Diagnosis of Urban
Tunnels in Service. World Tunnel Congress 2013.Vous pouvez aussi lire
