Le renforcement des forts

De la pierre au béton

Dans les forts avant 1885, les locaux les plus exposés sont les abris passifs qui sont destinés à soustraire aux coups de l’assaillant les approvisionnements de toute espèce du défenseur et les troupes qui ne sont pas momentanément engagées dans la lutte. Ces abris passifs comprennent des magasins et des casemates logement.

Ces locaux ont été construit au moyen de murs en maçonnerie ordinaire de 1m à 1,2m d’épaisseur protégés du côté des coups à craindre par une épaisseur de terre d’au moins 3m. Du côté où des coups n’étaient pas à craindre, l’épaisseur de maçonnerie était réduite à 0,5m.

Ces locaux étaient recouverts par des voûtes en plein ceintre ou surbaissées au ¼, ayant une épaisseur comprise entre 80 cm à 1,5 m. Ces voûtes étaient recouvertes d’une épaisseur de terre de 3m. Les autres parties des forts telles que les communications, les casemates d’artillerie ou les organes de flanquement des fossés sont construites sur les mêmes principes.

Après la crise de l’obus torpille, de pareilles constructions ne résistent plus au progrès de l’artillerie. Des expériences en 1886-87 montreront par exemple qu’un seul obus de 220 contenant 36,4 kg de mélinite suffit pour percer une voûte de 1,5m d’épaisseur couverte par 4m de terre.

• En augmentant l’épaisseur de terre, la voûte ne résiste pas mieux, au contraire, car la terre forme bourrage. Avec de la terre ordinaire pour protéger la voûte, il en faudrait une hauteur d’au moins 10m.
• En augmentant l’épaisseur de la voûte, on n’obtient pas une meilleure résistance en rapport avec l’augmentation de dépense. L’explosion des obus torpilles détermine en effet des vibrations très intenses dans la maçonnerie. Chaque pierre composant le massif vibre d’une manière particulière qui dépend de sa forme et de sa grandeur. Toutes ces vibrations n’étant pas synchrones, les joints se trouvent soumis à des efforts excessifs et le massif est rapidement disloqué.
• En employant du béton, ce phénomène ne se produit pas, car tous les éléments sont très petits et, à peu près, identiques.

Le béton va permettre de réorganiser complètement certains ouvrages, pour les transformer en de puissants points d’appui de la zone principale de défense, en renforçant les abris passifs, en plaçant l’armement principal des ouvrages sous casemates ou sous tourelles cuirassées, en électrifiant l’éclairage et la ventilation des locaux et en réorganisant la défense des fossés.

Les différents types de renforcement des anciens forts et les bétonnages des nouveaux forts.

Le béton spécial

Le béton qui a donné le meilleur résultat en 1887 est celui qui a été nommé « béton spécial ». Il se compose de 0,3m³ de gravier, 0,9m³ de cailloux et de 400 kg de ciment qui donnent 1m³ de béton spécial mis en place et damé. La quantité de ciment est réduite à 300 kg pour les parties qui ne sont pas exposées aux coups directs des obus.

Ce béton peut renforcer d’anciens locaux, débarrassés de leur terre, puis recouvert d’un matelas de sable d’un mètre d’épaisseur, sur lequel on coule une «carapace» en béton spécial de 2,5 m d’épaisseur. Il est aussi utilisé pour créer de nouveaux locaux, placés dans une partie vierge de la fortification comme par exemple aux forts de Girancourt ou des Adelphes à Epinal, de Villey-le-Sec ou de Domgermain à Toul ou de Bois-Bourrus à Verdun. Il est aussi utilisée à la place d’anciens locaux en maçonnerie pour créer de nouveaux locaux comme aux forts de la Grande Haye ou d’Uxegney à Epinal.

A l’intérieur des locaux, les parties bétonnées sont signalées sur les murs par une ligne rouge informant les soldats qu’ils se situent dans des locaux protégés des obus à mélinite d’un diamètre inférieur à 27 cm (le mortier de 270 est le calibre français le plus gros à l’époque).

Après 1897, le béton spécial ne sera plus utilisé pour les parties exposées, il sera remplacé par du béton armé.

Voyons comment, avec le béton spécial puis le béton armé, on peut constituer des locaux à l’épreuve pour les abris passifs, nous allons détailler ci-dessous les différentes conditions. Les galeries de communications, les organes de flanquement des fossés et les blocs de combats (abris de combats des forts) étaient renforcés de façons similaires, avec des dimensions de protection qui pouvaient varier en fonction de leur importance.

Murs de pourtour exposés au choc direct des projectiles

Les murs de pourtour exposés au choc direct des projectiles sont constitués par des massifs de béton de 2,5m d’épaisseur couverts par une masse de terre d’au moins 10m d’épaisseur mesurés horizontalement. Ce massif n’est jamais tout entier en terre ordinaire, il comprend, contre le béton, une partie ayant 4m horizontalement et 3 à 4 m verticalement constitué avec du sable, de la rocaille, du gravier ou de la terre forte. Généralement, on emploi pratiquement dans les places des hérissons de pierres sèches

L’épaisseur de 2,5m peut être réduite à 2m, si le mur de pourtour s’appuie sur des murs intérieurs très rapprochés (2,5m par exemple de vide entre 2 murs intérieurs consécutifs). L’épaisseur de 2,5m au contraire doit être augmentée si l’on se trouve dans l’impossibilité de placer la couche protectrice de 10m de terre.

Les murs de pourtour ont des fondations au-dessous de la surface du sol de manière qu’ils ne puissent être déchaussés et que les obus torpilles ne puissent venir jouer à l’intérieur des locaux.

Les murs de pourtour sont en béton spécial jusqu’à une profondeur d’au moins 6,5m au-dessous de la surface du sol. Plus bas, on peut construire en béton ordinaire ou même en moellons.

Si l’on se trouve en terrain rocheux, cette profondeur de 6,5m peut être réduite. Dans le roc compact, le béton spécial doit descendre à 2m au moins au-dessous de la surface de ce roc, dans le roc fissuré le béton spécial doit descendre à 3m au minimum au-dessous de la surface de ce roc. Lorsque le roc se trouve de part, et d’autre du mur de pourtour, par exemple lorsqu’on se trouve au-dessous du sol des locaux, les minimums de 2m et 3m indiqués ci-dessus peuvent être réduits de moitié.

L’épaisseur de 2,5m donnée aux murs de pourtour paraît exagérée à la base du mur, car cette base a moins de chance d’être atteinte par les projectiles que la partie supérieure. Pour tenir compte de ce fait, on a quelquefois proposé de donner aux murs de pourtour une épaisseur diminuant avec la profondeur.

Murs de pourtour non-exposés au choc direct des projectiles

Les murs de pourtour non exposés au choc direct des projectiles sont construits en béton spécial à 300 kg et ils ont une épaisseur comprise entre 1,5m et 2m. Ces murs n’ont à craindre que les effets du souffle, les éclats des projectiles et les dangers d’affouillement.

Pour se prémunir contre les effets du souffle, on réduit au minimum toutes les ouvertures, on retourne plusieurs fois à angle droit les communications débouchant à l’extérieur, on munit les ouvertures autres que les portes de volets anti-souffle (châssis pour fermer une ouverture d’aération) ou plus rarement de système de rails de blindage.

Les portes extérieures et intérieures ne sont que très rarement fermées par des panneaux pleins en bois ou en fer, car on les juge rapidement vulnérables au souffle des projectiles. On retrouve quelques exemples de portes blindées installées lors des renforcements réalisés entre 1888 et 1897. Mais le plus souvent, on se contente d’équiper ces ouvertures, de grilles à barreaux ronds très épais 30mm de diamètre et très rapprochés 12 cm d’axe en axe. On ferme, si cela est nécessaire pendant l’hiver, ces ouvertures extérieures au moyen de nattes ou de toiles que l’on accroche aux grilles et qui ne risquent pas de fournir des projections dangereuses à l’intérieur des locaux.

On se prémuni également contre les éclats des obus-torpilles, en les arrêtant au moyen de blindage comprenant deux cloisons (rainures de blindage) remplies de poutrelles de 12 x 12 cm superposées et entre lesquelles on met de la terre ou des sacs de sable. Les gros éclats sont en général arrêtés par les mêmes blindages.

Les grilles qui doivent fermer les diverses ouvertures peuvent être soumises à des chocs très nombreux. On en tient compte dans la manière d’effectuer leurs assemblages., en évitant les assemblages très rigides mais très cassants, généralement employés dans les constructions civiles. On privilégie des assemblages peut être moins rigides, mais peu fragiles.

Sur les façades, on protège le plus possible tous les organes que l’on serait amené à fixer, comme les tuyaux en fonte pour l’évacuation des fumées ou de l’air vicié qui sont parfois protégés par une plaque en tôle de 20 mm d’épaisseur maintenue par de forts colliers que l’on met en place en même temps que l’on procède à la coulée du béton.

Pour eviter le danger d’affouillement, on descend les murs de pourtour non exposés au choc direct des projectiles à une profondeur d’au moins 3 m au-dessous de la cour.

Voute en béton spécial avant 1897

On recouvre les locaux à l’épreuve de voûtes en béton spécial ou en béton armé. Etudions d’abord les voûtes en béton spécial.

D’après la note du 11 Février 1897 sur les effets du tir des bouches à feu de siège, lorsqu’un projectile tombe sur une voûte en béton spécial, il se produit trois phénomènes,

• 1° Une excavation au point de chute. Cette excavation peut atteindre 60cm de profondeur et 2,2 m de largeur pour un obus de 220. Le béton désagrégé reste en grande partie dans l’entonnoir et protège le béton non encore entamé contre les coups suivants, de sorte que la superposition de plusieurs coups n’approfondit pas considérablement les excavations déjà produites.
• 2° Un décollement du béton à l’intérieur des locaux du côté opposé au point de chute. L’excavation ainsi produite peut atteindre 35cm de profondeur.
• 3° « Une poussée au vide ». Si le point atteint n’est pas très éloigné de l’extrémité de la voûte supposée arrêtée par un plan vertical formant façade, il se détache de cette façade un bloc de béton plus ou moins important.

C’est ce phénomène qui a reçu le nom de poussée au vide. Le 1er et le second de ces phénomènes tendraient bientôt à percer les voûtes si on ne leur donnait pas une grande épaisseur. On admet que les voûtes doivent être en plein ceintre et ne doivent pas dépasser la portée de 5 m.

Les épaisseurs réglementaires ont été déduites d’après des expériences réalisées sur des polygones. On a déterminé en France que des voûtes en plein cintre de 2,5m d’épaisseur suffisent pour des portées de 5 mètres, l’épaisseur de 2 mètres suffit pour des portées de 3 mètres et l’épaisseur de 1,5 mètres suffit pour des portées de 1,5 mètres. Par exemple, au fort de la Grande Haye à Epinal l’épaisseur du béton des abris passifs atteint 2,65m. Cette épaisseur peut être supérieur pour les abris de combats des forts et les collerettes des tourelles.

On a proposé pour s’opposer aux projections de béton à l’intérieur des locaux diverses solutions :

L’emploi de 2 voûtes superposées séparées par un matelas de sable, la voûte inférieure pouvant être en maçonnerie ordinaire ou un doublage en tôle reposant sur des fers à I épousant la forme de la voûte, etc.

On se contente de noyer à l’intrados de la voûte pendant la coulée du béton un grillage mécanique* à maille de 41 mm au plus et en fils d’au moins 2 mm. De plus, on proscrit d’une manière absolue tout enduit appliquer après coup à l’intrados des voûtes. (*Il semblerait que ce grillage n’aurait pas toujours été installé).

Pour s’opposer à la poussée au vide, il ne faut jamais arrêter les voûtes par un plan perpendiculaire aux génératrices, mais les contrebuter à leurs deux extrémités par des voûtes à génératrices perpendiculaires aux premières. Tout massif en ciment rapporté pour donner à ces voûtes un aspect architecturale, ou l’apparence des anciennes façades en maçonnerie ordinaire est évité.

Les voûtes doivent être recouvertes d’une épaisseur de terre de 20 à 50 cm de manière à permettre le gazonnement sans former bourrage.

Voutes et dalles en béton armé après 1897

Vers 1896, le général Lerosey, ancien professeur de construction à l’Ecole d’Application et alors chef du Génie à Verdun, fit quelques expériences qui lui montrèrent la grande résistance du béton armé aux explosifs. Une commission fut alors nommée pour continuer ces essais. Les conclusions auxquelles elle arriva furent les suivantes:

On peut remplacer les voûtes en béton spécial par des dalles ou des voûtes très surbaissées en béton armé. Cette substitution présente plusieurs avantages.

• 1° Il est possible d’atteindre la portée de 6 m ce qui est très avantageux dans les casemates d’hommes.
• 2° La poussée au vide est supprimée ce qui permet de simplifier la forme des locaux à l’épreuve et des galeries de communication.
• 3° Les épaisseurs protectrices sont plus faibles, de telle sorte que les locaux sont moins enfoncés au-dessous du sol.
• 4° A égalité de résistance, le béton armé procure généralement, une assez forte économie. Il n’y aurait pas économie, si les fers étaient vers 1900 à des prix très élevés. Toutefois comme ce prix à cette période suit celui du charbon, qui influe aussi sur celui du ciment, le béton armé l’a emporté longtemps sur le béton spécial.

A côté de ces avantages, le béton armé possède un certain nombre d’inconvénients. Son exécution est difficile. Tandis qu’un chantier de béton spécial bien organisé exige que peu de surveillance, un chantier de béton armé demande une attention très grande et de tous les instants.

Le béton armé auquel s’est arrêté la commission de Verdun est constitué de la façon suivante :

Le béton employé est le béton spécial à 400kg dans lequel toutefois les cailloux ne dépassent pas 4 cm de diamètre. Si les cailloux étaient d’un diamètre supérieur, avec la quantité de barres dont se compose l’armature, il pourrait se produire des vides autour de celles-ci, surtout aux endroits où les barres se rencontrent par suite de la difficulté de bien damer entre les barres rapprochées.

Les armatures sont disposées dans des plans autant que possible horizontaux ou inclinés, au plus, au 1/4. Les armatures placées dans un même plan forment ce que l’on appelle un quadrillage.

La distance des quadrillages entre eux est de 15 cm ou de 20 cm pour les magasins ne contenant pas de projectile. Chacun d’eux se compose de deux rangées de barres d’acier extra doux de 10 mm de diamètre, disposées à angle droit. Dans chaque rangée, la distance des barres d’axe en axe est de 10 cm. Sur l’intrados des voûtes, on place un grillage mécanique semblable à celui employé avec le béton spécial. Sur ce grillage on fait reposer le premier quadrillage et l’ensemble, est fortement relié par des fils de fer de 2 mm de diamètre. Tous les fers de l’armature sont recourbés de manière à former à leurs 2 extrémités des crochets de 10 cm environ de longueur. Ces crochets doivent, entre autre chose, s’opposer au glissement longitudinal des barres.

Jusqu’à 3m de portée inclus, on emploie soit des dalles, soit des voûtes surbaissées. De 3 à 6 m on emploie uniquement des voûtes surbaissées.

L’épaisseur minimum à donner à ces constructions pour des voûtes en plein cintre est de 1,8 m d’épaisseur suffisent pour des portées de 6 mètres, 1,7m d’épaisseur suffisent pour des portées de 5 mètres et l’épaisseur de 1,4 mètres suffit pour des portées de 3 mètres. Pour la réalisation de dalles, l’épaisseur varie de 1,25 m pour des dalles de 1,5 m à 1,5 mètres pour des dalles de 3 mètres de portée. Cette épaisseur est supérieur pour les abris de combats des forts, certaines casemates d’artillerie comme les casemates dite de Bourges et les collerettes des tourelles. Par exemple, pour une casemate de Bourges la dalle de béton armé mesure 1,75 m d’épaisseur. Pour les galeries de communications, cette épaisseur est diminuée par rapport à celle des abris passifs.

Murs intérieurs

Les murs placés à l’intérieur des locaux en béton spécial sont construits jusqu’aux naissances en béton de ciment maigre ou même en béton de chaux hydraulique. Leur épaisseur est déterminée selon les règles ordinaires de la construction d’après la charge statique qu’ils supportent. Il en est de même des murs intérieurs des locaux en béton armé, toutefois, on peut même employer dans ce cas de la maçonnerie ordinaire.

On ne donne rarement à ces murs une épaisseur inférieure à 1 m afin d’éviter qu’ils soient écrasés ou disloqués sous l’action d’un projectile éclatant au-dessous. Dans ce cas, on arrête alors ce mur à une distance de 30 cm de l’intrados.

Mode d’exécution des massifs bétonnés

En principe, les massifs de béton qui constituent les organes de la fortification en 1914 sont coulés sans interruption, de manière qu’ils constituent des blocs monolithes. En réalité, dans la pratique, on est amené à admettre un certain nombre de joints placés en des points convenables. Des précautions particulières sont prises pour relier les deux parties coulées séparément.  

Renforcement des locaux anciens

Jusque vers 1898, au lieu de construire dans les forts des locaux complétement neufs, on s’est parfois contenté de renforcer les anciens locaux en maçonnerie ordinaire grace à du béton spécial. Ce mode de construction est toujours réglementaire en 1909, mais il n’est presque plus employé après 1897, un des rares cas sera le renforcement avec une dalle de béton armé d’une partie du casernement du fort du Mont-Vaudois à Belfort juste avant la Grande Guerre.

Ce type de renforcement est évité, car on a reconnu qu’il n’était généralement pas économique. De plus, les locaux ainsi renforcés se prêtent moins bien à l’organisation, d’après les idées en 1909 de l’éclairage, du chauffage et de la ventilation.

Pour exécuter ces renforcements, on peut employer deux dispositions :

1ere disposition. Les voûtes des casemates sont débarrassées de leur matelas de terre. On les arrose, si cela n’est pas déjà fait selon un plan de chape unique, en remplissant les noues de béton de chaux hydraulique. Cet ensemble est recouvert d’un matelas en sable de 1m d’épaisseur, sur lequel on coule une « carapace » en béton spécial de 2,5 m au moins d’épaisseur.

Les anciennes maçonneries exposées aux coups directs des projectiles sont protégées par un mur en béton de 2,5 m d’épaisseur descendant à 6 m au moins au-dessous de la partie supérieure de la carapace.

Ces nouveaux murs se raccordent avec celle-ci par des voûtes en quart de cercle. Du côté où les coups directs ne sont pas à craindre, on ménage entre le mur de pourtour et l’ancienne façade de la casemate un couloir de 2,5 m minimum de largeur.

Les nouvelles ouvertures à ménager dans la façade sont placées vis à vis des piédroits des anciens locaux. Ce type de renforcement sera réalisé par exemple aux forts du Replaton et du Sapey à Modane, aux forts du Saint-Michel et de Trondes à Toul, au fort de Moulainville à Verdun et aux forts de Pont-Saint-Vincent et de Manonviller dans la Trouée de Charmes.

2^ème disposition. La deuxième disposition ne diffère de la première en ce que le mur de pourtour, du côté où les coups directs ne sont pas à craindre, est appliqué contre l’ancienne façade de la casemate.

Avec cette disposition, les locaux sont mieux aérés et éclairés. En revanche, on se trouve moins bien à l’abri du souffle et des éclats des obus torpilles. Le mur de façade en maçonnerie ordinaire peut même être renversé par les explosions.

Ce type de renforcement sera réalisé par exemple aux fort du Bourdiau à Maubeuge, aux forts de Marre, de Douaumont, de Vaux et de Tavannes à Verdun, aux forts de Dogneville, de Lonchamp et d’Arches à Epinal* et aux forts de Bessoncourt et du Vézelois à Belfort. * Dans les trois forts à Epinal, le mur des façades en maçonnerie sera presque ou complètement recouvert.

Les renforcements en terrain rocheux ou roc franc

Lorsqu’on se trouve en terrain rocheux, on peut constituer d’une manière économique des locaux à l’épreuve en s’enfonçant suffisamment sous le sol. L’épaisseur protectrice doit être au moins de 5 à 6 mètres dans le roc franc.

Partout où l’on n’a pas cette épaisseur, on doit avoir recours à une carapace de béton.

La largeur des locaux peut atteindre 6m mais on se contente généralement de 5m. Entre 2 locaux consécutifs, on ménage un merlan de roc d’au moins 4m. On est presque toujours, même avec le roc franc conduit à exécuter à l’intérieur de ces locaux un revêtement, de manière à régulariser la forme du rocher et à empêcher son délitement sous l’action de l’air.

Les locaux souterrains sont en général exposés à l’humidité provenant, soit des eaux d’infiltration, soit des eaux de condensation.

On combat les premières au moyen de drainage et d’un système d’égout. On se garantit des secondes par divers procédés :

Parapluies en zinc (Note de la Section technique du génie du 17 juin 1893), constitution d’une double enveloppe en briques, etc. Dans ce dernier procédé, on prend des dispositions pour que, l’été, l’air avant d’arriver dans les locaux passe d’abord dans la double enveloppe où règne une température assez basse et où il se dépouille de son humidité. Ce type de renforcement sera surtout réalisé pour les abris cavernes, mais quelques forts seront en grande partie construit sous le roc, comme l’ouvrage de la côte d’Essert à Belfort, le réduit du Bois d’Aches à Epinal, le fort de Pugey à Besançon ou la forteresse du Mont-Agel et l’ouvrage du Mont-Chauve de Tourette à Nice.

Ouvrages renforcés

Ces différentes améliorations très coûteuses paralysent l’ouvrage pendant les travaux. Elles ne seront pas installées sur tout le système. Seuls les ouvrages prioritaires de première catégorie, certains ouvrages côtiers et quelques forts dans les Alpes bénéficieront de ces renforcements. Dans les fortifications cotières, les épaisseurs de béton sont parfois augmentées et dans les fortifications en pays de montagne ou dans certaines colonies, ces épaisseurs peuvent être diminuées.