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05/08/2019 - MARJOLEIN DE WIT

REMPLACEMENT ET RENOVATION DE 50 ECLUSES NEERLANDAISES

Une approche intelligente avec des bases standard s’impose

Aux Pays-Bas, de nombreuses écluses sont responsables de la régulation du niveau d’eau et de la gestion quotidienne du trafic fluvial. Plus de cinquante d’entre elles devront être rénovées ces deux prochaines décennies, mais la liste de tous les travaux donne un projet irréalisable. L’équipe ‘MultiWaterWerk’ au sein de Rijkswaterstaat s’est mise au travail pour pouvoir exécuter ces travaux avec une efficacité maximale. Ici, le but est d’utiliser au maximum des innovations existantes et nouvelles employées comme des bases standard. L’écluse la plus intelligente.

Renovatie Nederlandse sluizen

PAS UNE, MAIS PLUS DE CINQUANTE!

Renovatie Nederlandse sluizen
3D-model (vooraanzicht)

Ces derniers mois, la rénovation de l’écluse Beatrix a fait parler d’elle plus d’une fois. Un bel exemple de travail d’ingénierie avec une forme de projet spéciale au sein de laquelle de nombreuses parties collaborent pour réaliser une partie de construction neuve (une deuxième chambre) et notamment la rénovation de l’entraînement dans le délai souhaité. Un projet nécessaire aussi pour pouvoir continuer à garantir le transport sur l’eau sur cette importante voie navigable sans compromettre la sécurité des habitants sur la terre ferme. Le propriétaire et gestionnaire de la plupart des écluses – Rijkswaterstaat – n’est toutefois pas confronté à une seule écluse devant être rénovée, mais à plus de cinquante exigeant ces deux prochaines décennies un entretien (à grande échelle). Ce, parce qu’elles atteignent la fin de leur durée de vie technique ou ne satisfont plus complètement aux exigences fonctionnelles. Le problème, c’est que les différentes écluses ont été conçues et construites au cas par cas et sont entièrement adaptées à la situation spécifique sur place. Des ‘ouvrages d’art’ uniques, donc. Mettre cinquante projets distincts sur pied pour réaliser les travaux d’entretien et de rénovation nécessaires n’est toutefois pas réalisable.

Multiwaterwerk

Renovatie Nederlandse sluizen
Een 3D-geprint model op schaal 1:20 (vooraanzicht)

C’est pourquoi Rijkswaterstaat a lancé le programme ‘MultiWaterWerk’ (MWW) dans le but d’aborder les travaux de rénovation et de remplacement de ces écluses le plus efficacement possible. L’idée était d’utiliser pour cela un maximum de solutions standard et de partir des thèmes: standardisation, modularisation, innovation et les coûts durant tout le cycle de vie.

Jan Dirk van Duijvenbode de l’équipe MWW: “Il est quelque part étrange que toutes les écluses soient finalement des ouvrages ‘uniques’. En analysant la phase de conception, on voit en effet que chaque écluse se compose des mêmes éléments. Une ou plusieurs chambres, des musoirs, des équipements techniques, des vannes, y compris entraînement et commande, etc. Comme on n’a jamais pris le temps – ou peut-être aussi que les connaissances faisaient défaut – de consigner les différentes solutions et les processus et connaissances allant avec, il n’y a jamais eu non plus de tentative de standardisation. La connaissance n’a, de ce fait, jamais non plus été vraiment développée. Des parties de projets ont bien sûr été copiées simplement, mais il n’y a pas eu d’échange de connaissances sur les améliorations possibles, p.ex. sur la base d’idées progressistes, d’expériences avec un certain concept ou éventuellement d’avancées sur le plan technique. Cela ne favorise finalement pas l’efficacité des projets de rénovation et d’entretien.”

De l’analyse aux éléments

Pour permettre les travaux de remplacement et de rénovation nécessaires, les collaborateurs au sein de MWW ne veulent donc pas seulement chercher à sélectionner des solutions standard disponibles, mais veulent aussi mettre différentes parties intensivement en contact comme sur le Bouwcampus. Et physiquement afin que les gens soient conscients des travaux les uns des autres et du fait que le partage de connaissances doit faire partie de leur ensemble de tâches pour atteindre finalement l’efficacité souhaitée pour ce travail de rénovation de grande ampleur. Pourquoi certains changements ont-ils p.ex. un jour été apportés et pourquoi une solution spécifique a-t-elle été choisie?

Nederlandse sluis renovatie

STANDARDISATION

L’analyse de la phase de conception de l’écluse moyenne a permis de conclure qu’il était en effet possible de standardiser certains éléments d’une écluse. Cela permettrait de gagner beaucoup de temps lors de la rénovation des nombreuses écluses dans un avenir proche, mais aussi pour la construction neuve. Non seulement grâce à une phase d’ingénierie plus courte, mais aussi parce que certains éléments pourraient être achetés ‘off the shelf’ chez des tiers. En stockant, en outre, ces éléments et ces connaissances dans une base de données BIM ouverte, les concepteurs pourraient aussi toujours utiliser les dernières avancées et solutions, et apprendre des expériences les uns des autres. Les bonnes comme les moins bonnes. Cela devrait mener peu à peu à une sélection naturelle des meilleures solutions pour une situation spécifique et à une base de données d’éléments de construction pouvant être utilisés efficacement quand une certaine écluse doit être entretenue.

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LE MARCHE PARTICIPE A LA REFLEXION

Lorsqu’il est apparu qu’une standardisation était possible, les divers membres de l’équipe ont tâté le terrain afin de découvrir où sur le marché, des solutions existantes étaient disponibles; mais aussi quelles parties seraient disposées à consacrer du temps et de l’attention au développement de nouveaux composants standard. Une quête particulière ayant permis depuis divers contacts – parmi lesquels le Bouwcampus – de trouver différentes possibilités. Dans certains cas, les propositions des entreprises reposaient purement sur une demande concrète de MWW. Mais le marché même a aussi proposé des idées – indépendamment des travaux de MWW. Nous allons en examiner quelques-unes.

renovatie Nederlandse sluizen1. Estacade flottante

Pour commencer, la standardisation d’une ‘estacade’. Une estacade est une construction d’accostage où les bateaux peuvent amarrer en toute sécurité quand ils approchent d’une écluse, mais ne peuvent pas encore la passer directement. Une étude préliminaire de Rijkswaterstaat a révélé qu’une estacade flottante convenait pour la standardisation et pourrait contribuer à réduire les coûts pour l’adjudication, la construction comme l’entretien. Movares a ensuite été chargé de calculer l’idée d’une estacade standard et d’indiquer si un tel élément était utilisable pour toutes les écluses aux Pays-Bas.

Gerard Krooshoop, conseiller Waterbouw chez Movares: “Nous avons développé pour cela, sur la base d’un modèle en 2D de Rijkswaterstaat, un modèle en 3D paramétrique. Cette méthode de conception est aussi appelée ‘conception informée’ et est basée sur des éléments standard et les relations entre ces éléments. L’expert en ingénierie réalise la modélisation en tirant ces composants modulables d’une bibliothèque et en les plaçant dans un modèle de base déterminé préalablement – ou définition. Dans cette définition, les relations entre les différents composants sont établies.” Un avantage majeur de la conception paramétrique est notamment la modélisation plus simple et plus rapide de constructions et géométries complexes, mais de plus, des modifications peuvent être apportées à tous les stades du processus de conception. Le remplacement d’un élément par l’autre ou l’augmentation ou la réduction d’une vitesse ou charge est traité automatiquement par le logiciel en un nouveau projet. On obtient ainsi en fait un genre de modèle vivant évoluant avec les pensées de l’expert en ingénierie. Toutes les tâches prenant du temps, quand on doit refaire des dessins, parce qu’on a choisi un autre élément, font partie du passé et ‘jouer’ avec les variables est plus simple.

Krooshoop: “Nous avons ainsi pu apporter des optimisations dans le modèle de l’estacade, y compris une estimation du LCC.” Bien que le modèle paramétrique (en haut à gauche de cette page) offre déjà de bonnes possibilités pour rendre le fonctionnement d’un modèle compréhensible, Movares est allé encore plus loin en réalisant un modèle en VR (virtual reality). Ici, l’estacade a été placée virtuellement dans une situation existante. A l’aide d’une imprimante 3D, deux modèles à l’échelle ont aussi été imprimés (échelle 1:20 et 1:100, voir la photo à côté du modèle paramétrique en haut de cette page). L’ensemble permet de faire finalement le bon choix plus rapidement.

2. Entraînement électromécanique

Rexroth est une des parties ayant fait de sa propre initiative une proposition pour une solution pouvant simplifier la rénovation d’écluses.

Erwin Mense, spécialiste application chez Rexroth: “En participant à la consultation du marché MWW sur le Bouwcampus en 2016/ 2017, nous avons compris les idées poussées de Rijkswaterstaat concernant la standardisation des écluses. Qu’est-ce que cela apporte à toutes les parties impliquées? Nous avons participé à des ateliers dans deux groupes de travail afin de collecter ainsi un maximum d’informations. Il s’est vite avéré que cette collaboration avec de nombreux types différents d’entreprises (même avec des concurrents) avait énormément de sens. Au début, c’était fastidieux d’entrer dans les détails à propos des innovations, mais plus nous avancions dans le processus, plus cela était facile. ‘Aider’ à la transformation de RWS était très chouette aussi. La standardisation coûte, en effet, surtout beaucoup d’énergie et d’argent au début! Le projet MWW a donné lieu à un certain nombre d’innovations qui pourront, je l’espère, être appliquées réellement dans la pratique par Rijkswaterstaat. Les parties du marché seront ainsi motivées dans le futur aussi pour participer à ce genre de consultations du marché.” La solution proposée de Rexroth concerne l’entraînement du mécanisme de commande de l’écluse et plus spécifiquement les cylindres utilisés dedans. Il y a typiquement pour les écluses le choix entre des variantes électromécaniques et électrohydrauliques. Pour les portes d’écluse plus petites, la variante électromécanique suffit, mais pour les forces plus importantes, la force de l’hydraulique est indispensable. Pour éviter que les installateurs, les utilisateurs et les services de maintenance soient confrontés à un groupe, des tuyaux, des conduites de liaison et un bâtiment ou une cave, Rexroth a développé en interne une variante électrohydraulique où tous ces éléments ont été intégrés. Les avantages sont l’installation aisée, la simplicité d’entretien et à la fois une grande densité de force. Dans les deux cas, le bon fonctionnement des cylindres peut être surveillé, ce qui offre surtout des avantages au niveau de l’entretien de l’entraînement. Mais dans ce cadre, la possibilité d’utiliser un même type d’entraînement pour chaque écluse est encore plus importante. Cela signifie que relativement peu de cylindres de rechange doivent finalement être en stock pour couvrir toute la ‘flotte’ d’écluses.

3. Sécurisation ferroviaire

Depuis la session de Bouwcampus, un élément a enfin été évalué, qui est appliqué depuis longtemps déjà avec succès aux chemins de fer pour la commande et la sécurisation des aiguillages. On supposait qu’il pouvait tout aussi bien être utilisé pour les écluses. Cela a été confirmé avec un premier proof of concept. Une nouvelle base possible peut ainsi être ajoutée à l’assortiment de l’‘écluse la plus intelligente’. Ce qui est bien avec cet élément, c’est notamment qu’il s’agit d’un produit ‘off the shelf’, certifié CENELEC SIL4 et ayant une disponibilité de plus de 99,99%. La longévité est, en outre, calculée sur plus de 25 ans. Des éléments que Rijkswaterstaat ne doit plus inventer, mais qui sont simplement disponibles.

Jack Raats de Movares: “Movares travaille avec et pour Rijkswaterstaat dans de nombreux projets, mais pas sur le plan de l’infrastructure ferroviaire; Rijkswaterstaat n’a, en effet, pas beaucoup de voies ferrées. Via les lignes existantes, des idées sur la standardisation sont tout de même arrivées peu à peu aux personnes s’occupant de la sécurisation ferroviaire et nous avons rapidement discuté des possibilités avec l’équipe MWW, ce qui a donné lieu au proof of concept. Ou comment les choses peuvent s’enchaîner …“

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CONCLUSION

Avec ces premières étapes dans le processus de standardisation, Rijkswaterstaat est sur la bonne voie pour garantir le fonctionnement des nombreux ouvrages d’art que comptent les Pays-Bas. La recherche délibérée de collaboration avec des parties externes porte entre-temps ses fruits et encourage aussi d’autres entreprises du génie civil à réfléchir activement et – là où il y a des opportunités – à collaborer. Une ère excitante s’ouvre et le temps nous dira où cette approche mènera finalement.