Gare Saint Lazare : Diagnostic structure pour le projet "Demain Saint-Lazare"

Le LERM a réalisé le diagnostic de la structure de la "Salle des pas perdus" de la gare Saint-Lazare, dans le cadre de la réhabilitation de l'édifice (projet "Demain Saint-Lazare"). La mission a consisté, à l'aide d'auscultations non destructives sur l'ouvrage, à venir caractériser les structures en place (nature et état des maçonneries) avant les travaux de rénovation.

UNE GARE HISTORIQUE

Tout commença par un éclat de rire lorsqu'on apprit à Paris, à la suite d'une loi votée au mois de juillet 1835, qu'un chemin de fer destiné, non à du minerai, mais à des voyageurs, allait joindre la place de l'Europe à Saint-Germain. Sans doute le projet fût-il bientôt quelque peu réduit et l'on annonça que l'arrivée aurait seulement lieu au Pecq, car la locomotive ne pourrait certainement pas atteindre le haut de Saint-Germain. Par ailleurs, on affirmait que la colline de Monceau se présentait comme un obstacle infranchissable.
Au mois d'août 1837, tout était prêt, les voies, les souterrains, les ponts et les gares; il ne restait plus qu'à trouver des voyageurs. Les administrateurs, afin d'entraîner le public, demandèrent au roi d'inaugurer le nouveau chemin de fer. Les ministres consultés estimèrent que le chef de l'Etat se devait au royaume et ne pouvait courir un tel danger. Ce fut la reine Marie-Amélie et ses filles qui, le 28 août, se dévouèrent…
L'embryon de gare place de l'Europe au départ de cette expédition deviendra, après de nombreuses modifications et extensions, la gare Saint-Lazare (la gare prend une forme très proche de celle que nous connaissons 1930).

Depuis sa création, la gare n'a cessé d'évoluer pour répondre à l'accroissement constant du nombre des usagers (environ 120 millions de voyageurs par an).
Aujourd'hui l'édifice est à la veille d'une nouvelle transformation permettant le bon fonctionnement du service, notamment avec l'arrivée des voyageurs d'EOLE et du METEOR. Ainsi, ce projet diligenté par la SNCF (agence DSL : Demain Saint Lazare), vise à fluidifier la circulation du public à travers les différents niveaux de la gare, ainsi qu'à créer un parc souterrain de stationnement.
L'implantation du projet nommé " cœur de gare ", concerne tout particulièrement la "Salle des pas perdus " et les bâtiments l'entourant. En effet, cette salle, située au niveau des quais et en communication directe avec eux, se situe au dessus d'une galerie marchande directement accessible de la rue, qui elle-même surplombe les galeries du métro et RER.

UN PROJET DE REHABILITATION LOURDE POUR UN SITE COMPLEXE

La salle des pas perdus dont les premiers éléments datent de 1867, est un des sites les plus remarquables de la gare : " cette galerie, qui se développe sur une longueur de 188m, avec une largeur de 18m50, est certainement une des salles les plus grandioses de Paris, après la grande galerie des machines de l'exposition universelle, bien entendu. " (M.P. Lefevre, revue générale des chemins de fer, 1889). En effet, cette galerie est éclairée par une verrière, supportée par des fermes type Polonceau d'une légèreté architecturale remarquable.
Les bâtiments de pierre et brique construits à partir de 1886, autour de la Salle des pas perdus sont relativement importants et peuvent atteindre 6 niveaux.
Le projet " Cœur de Gare " dont la maîtrise d'œuvre est assurée par la société SOAVAL (représentée par SPIE Batignolles), prévoit la démolition des dalles sous la Salle des pas perdus pour permettre un accès facilité aux galeries marchandes, au métro et au RER, ainsi que la construction sous le niveau du métro de deux niveaux de parking.

Les travaux prévus modifieront considérablement les structures actuelles, notamment :

	Les 4 premiers niveaux (métro, rue, quai et 1er étage)
	Les charpentes de la salle des pas perdus

Le LERM a ainsi été mandaté par SOAVAL pour la Direction SNCF de Paris Saint Lazare, afin de réaliser la reconnaissance de l'existant avant la phase travaux : le diagnostic des structures du bâti existant dans le cadre du projet "Coeur de Gare".

OJECTIFS

Le but de cette étude était d'identifier et de caractériser les stuctures des constructions situées dans le périmètre du projet, afin de vérifier la nature et l'état de conservation des éléments de maçonnerie (pierres, mortiers de jointoiement, béton, brique, bois, métal) afin de fournir tous les éléments nécessaires à la bonne réalisation des travaux de rénovation.
Un programme de reconnaissance de structures précisant les éléments à ausculter (planchers, dallages, piles, poteaux, murs...) et le type d'auscultation a donc été élaboré.

CONTRAINTES

La gare Saint-Lazare est un lieu de trafic et d'activité d'exploitation extrêmement important. A ce titre, le programme d'investigations a été adapté en fonction des contraintes d'accès à certains sites (central d'exploitation, bureaux, locaux techniques, commerces, zones de passages voyageurs...) et, afin de limiter les nuisances au public, les méthodes de reconnaissances non destructives ont été privilégiées.

INVESTIGATIONS NON DESTRUCTIVES

	Examen visuel : relevé et cartographie des altérations visibles
	Reconnaissance du bâti : radar et pachométrie

Ces auscultations ont permis de localiser les fers en place, de mettre en évidence la présence éventuelle d'hétérogénéités à coeur des maçonneries et d'identifier les différentes structures (types de maçonneries, de profilés métalliques...).

Ces techniques ont été très utiles pour réaliser des sondages de contrôle et localiser les points de prélèvements (notamment pour éviter le sectionnement de fers), réalisés par carottage. Ces échantillons ont ensuite été destinés au laboratoire pour la réalisation d'essais complémentaires.
Par ailleurs, la reconnaissance des arbalétriers et panes bois ainsi que les tirants métalliques de la charpente ont été réalisés en non destructif, notamment grâce à l'application de la technique des répliques appliqué aux fers anciens proposée par le Laboratoire FORTEX

Pour cette étude sur site, 3 types de reconnaissances ont été menées, en fonction des travaux de rénovation prévus :

	Reconnaissances de type 1 : elles concernent les structures laissées en place, mais dont les charges sont à prendre en considération dans le dimensionnement des structures nouvelles.
	Reconnaissances de type 2 : elles concernent les structures vouées à la démolition et dont les caractéristiques sont recherchées pour évaluer la difficulté de l'évacuation des matériaux.
	Reconnaissance de type 3 : elles concernent les structures directement concernées par les modifications induites par le projet. Cette reconnaissance est plus précise que les précédentes en ce sens qu'elle s'attache, en plus de la mise en évidence de la constitution de principe, à qualifier les matériaux en place, à la fois en caractéristiques mécaniques et en caractéristiques géométriques. Une attention particulière est portée à leur état de conservation.

LES ANALYSES EN LABORATOIRE

Les différentes auscultations non destructives réalisées sur site ont été étayées par des analyses en laboratoire sur les différents matériaux rencontrés. Ainsi les " cartes d'identité " d'une quinzaine de matériaux, pour une grande partie datant du siècle dernier, ont été réalisées. La diversité de ces matériaux (mortiers, briques, pierres, bétons) témoignent des nombreuses modifications de l'édifice. Leurs caractérisations ont permis d'alimenter les hypothèses de calcul (résistance, descente de charge…), ainsi que de détecter les éventuelles pathologies les affectant (problèmes de sels, corrosion…).
Il est important de souligner que ces caractérisations, corrélées aux signaux issus des essais radar, ont permis de vérifier la mise en œuvre de certains matériaux sans réaliser d'ouverture et de choisir judicieusement, et sans entraver le bon fonctionnement des locaux, les zones d'auscultation destructives.

La caractérisation de certains matériaux (charpentes en bois et tirants métalliques) et les calculs de la capacité portante des éléments structuraux ont été faits avec le concours du CTBA, de FORTEX et de SCOP TEC.CO.

CONCLUSION

Au total, plus de 600 points d'auscultations de structures ainsi qu'une cinquantaine de prélèvements et analyses sur site ont été réalisés, sans la moindre gêne pour les usagers. Cette auscultation à la fois colossale et discrète est le fruit d'une collaboration étroite entre les différents acteurs : sur le plan organisationnel, avec l'intervention de la maîtrise d'ouvrage et de la maîtrise d'œuvre, qui ont tout mis tout en œuvre pour faciliter au maximum les interventions, et sur le plan technique, où les interventions de plusieurs spécialistes dans des domaines pointus (de l'analyse des sels par DRX, à l'estimation de la résistance d'un tirant en fer ancien par la méthode non destructive des répliques) ont pu être synthétisées grâce à un travail conjoint et particulièrement enrichissant.