La roue de Falkirk en Écosse, un ouvrage d’art unique au monde

La Roue de Falkirk (en anglais Falkirk Wheel) est un ascenseur à bateaux rotatif, reliant le Forth and Clyde Canal à l’Union Canal, près de la ville deFalkirk dans le centre de l’Écosse. L’ouverture de l’ascenseur en 2002 fait se rejoindre les deux canaux pour la première fois depuis les années 1930 dans le cadre du plan de Millennium Link.

Le projet de remise en valeur des canaux de la Central Belt écossaise pour relier Glasgow à Édimbourg a été mené par British Waterways et soutenu et financé par sept représentants locaux des pouvoirs publics, par le réseau de la Scottish Enterprise (en) ainsi que le Fonds européen de développement régional et la Commission du Millénaire. Les chefs du projet ont décidé dès l’origine de faire de cette construction un édifice radicalement ancré dans lexxie siècle plutôt que de recréer l’ancien escalier d’écluses.

Le système d’ascenseur permet d’élever les bateaux de 24 m mais l’Union Canal est situé encore 11 m plus en hauteur ; les bateaux doivent donc franchir deux écluses pour le rejoindre. Cette « roue » est un modèle unique au monde, et constitue un chef-d’œuvre d’ingénierie civile qui attire de nombreux touristes. Fonctionnant selon un principe plus classique, l’ascenseur à bateaux d’Anderton, dans le Cheshire, est le seul autre équipement de ce type au Royaume-Uni.

Construction :

En mars 1999, le Secrétaire d’État pour l’Écosse coupe la première motte de gazon au niveau de l’écluse 31 du Forth and Clyde Canal, cela marque symboliquement le début des travaux. En tout, plus de 1 000 personnes sont employées pour la construction de la Roue, qui a été prévue pour fonctionner pendant 120 ans.

La roue a été totalement construite et assemblée à l’usine de Betterley Engineering, à Ripley dans le Derbyshire. Pendant l’été 2001, la structure est démontée et transportée jusqu’à Falkirk par l’intermédiaire de 35 chargements de camions. L’armature est alors assemblée au sol en cinq parties et élevée sur place. La construction du canal a demandé l’excavation de 250 000 m3 de déblais, la mise en place d’un canal souterrain de 8 mètres de diamètre, des ponts-canaux de 20 m et de 120 m de longueur, trois systèmes d’écluses, plusieurs ponts et également 600 m de route latérale au canal. Le tunnel de Roughcastle, long de 180 m, a été réalisé en trois étapes : les deux quarts du tunnel les plus élevés ont été creusés à l’aide d’une excavatrice standard ; la partie basse profite de l’utilisation d’une raboteuse routière modifiée pour enlever des couches de 100 mm ce qui réduit le temps de construction de deux semaines et le coût de 15 %.

Considérations techniques :

Le sol sur lequel est située la Roue a auparavant abrité des mines à ciel ouvert d’argile et de charbon ainsi qu’une usine de goudron ; cette dernière activité a eu pour effet de polluer le canal en goudron et en mercure Les remblais consistant en un amas de rochers de grès de 20 m de profondeur ne constituaient pas une base assez solide pour y implanter les fondations : l’emploi de pieux de béton de 30 m par 22 m permet d’atteindre la roche-mère.

Puisque la roue bascule dans des directions différentes, la masse imposée à la structure est changeante et certaines parties subissent des renversements de la tension exercée. Pour éviter la fatigue qui aurait pu mener à des fissures, des tronçons furent boulonnés plutôt que soudés : 14 000 boulons et 45 000 trous de boulon ont été nécessaires

Le pont-canal conçu par ARUP fut d’abord qualifié d’« inconstructible » mais, grâce à des barres d’armature de 40 mm, sa construction fut finalement rendue possible. Les plans d’origine indiquent également que le canal aurait dû traverser le Mur d’Antonin mais une pétition fit préférer à cette idée celle de la mise en place de deux écluses et d’un tunnel passant sous le mur.

Structure :

Le diamètre total de la roue est de 35 m ; les bras opposés s’étendent sur 15 m autour de l’essieu ce qui confère à l’ensemble la forme d’une hache à double tranchant. Deux de ces grands bras sont rattachés à l’essieu central de 3,8 m de diamètre et de 28 m de longueur. À chaque extrémité des bras sont situés des caissons remplis d’eau, chacun d’une capacité de 250 000 litres.

Ces caissons transportent à chaque passage une masse totale de 500 tonnes : à la masse des bateaux et de l’eau s’ajoute celle de la nacelle elle-même, soit environ 50 tonnes. Le niveau d’eau doit être maintenu le même de chaque côté afin d’équilibrer la masse aux deux extrémités du bras. Le principe de la poussée d’Archimède explique qu’un corps flottant déplace l’équivalent en eau de sa propre masse : quand le bateau se place dans la nacelle, la masse de l’eau qui en sort est identique. Cela est rendu possible en maintenant le niveau d’eau dans un intervalle d’environ 37 mm de chaque côté grâce à un système informatique étendu à l’ensemble du site. Ce système contient notamment des détecteurs du niveau d’eau ainsi que des pompes et des écluses automatisées. L’alimentation des dix moteurs hydrauliques ne demande que 22,5 kilowatts, soit 1,5 kWh par bascule : c’est à peu près l’énergie qu’il faut pour porter à ébullition huit bouilloires remplies d’eau.

Les deux caissons sont larges de 6,5 m et peuvent contenir jusqu’à quatre péniches de 20 m de long. Les portes étanches situées à chaque extrémité des nacelles s’accolent à celles disposées dans la partie en hauteur et celles du bassin inférieur. La contrainte de l’espace disponible a fait préférer des portes s’élevant verticalement à un modèle articulé qui aurait considérablement réduit la longueur de caisson utilisable. Les portes se soulèvent depuis un renfoncement à la base du caisson et, comme la fermeture et l’ouverture se font à quai, elles sont alimentées par un tuyau hydraulique.

Le mécanisme :

Pour conserver un niveau stable, les nacelles doivent accompagner la roue dans sa rotation. Même si la masse des nacelles sur les roulements est généralement suffisante pour les faire pivoter, un engrenage composé de trois grandes roues dentées reliées entre elles par deux roues dentées plus petites garantit le maintien de l’équilibre et d’une vitesse correcte.

Chaque extrémité de la nacelle est montée sur des petites roues disposées sur un rail installé sur la face intérieure des trous de 8 m de diamètre se trouvant des deux côtés des grands bras. La rotation est maîtrisée grâce à une suite de roues dentées : deux roues de plus faible diamètre s’intercalent entre les trois roues de 8 m de diamètre. La roue dentée centrale est installée au-dessus de l’essieu, au niveau de la salle des machines ; cet élément est immobilisé pour l’empêcher de tourner. Les deux roues les plus petites sont reliées à cette roue centrale. Quand les moteurs alimentent l’essieu et le font tourner, les bras basculent et les deux roues les plus petites s’engrènent autour de la roue centrale : celles-ci tournent plus rapidement que la Roue dans son ensemble mais dans la même direction ; elles entraînent les grandes roues aux extrémités du bras dans une rotation dont la vitesse est similaire à celle de la Roue mais dans le sens inverse. Ce mécanisme permet d’annuler la rotation qu’impriment les bras et les nacelles sont ainsi parfaitement stables.

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