La compagnie ferroviaire nationale allemande DB InfraGO AG, communément appelée Deutsche Bahn, utilise la modélisation hydrodynamique 3D pour optimiser le remplacement des ponts enjambant l'emblématique Elbe.

La compagnie ferroviaire allemande DB InfraGO AG, connue sous le nom de Deutsche Bahn, a prévu de remplacer quatre ponts ferroviaires enjambant l'Elbe. L'objectif était d'identifier le design le plus adapté pour ces nouveaux ponts, dans le but de réduire les impacts sur l’environnement fluvial tout en assurant la rentabilité des phases de conception et de construction. Grâce à un modèle hydrodynamique 3D, la Deutsche Bahn a pu exploiter les données disponibles, et ainsi prendre des décisions adéquates pour garantir un transport sûr et efficace pour ses passagers, tout en limitant l'impact sur l'environnement.

Défi

La Deutsche Bahn prévoyait de remplacer quatre ponts ferroviaires parallèles car les anciens ouvrages avaient été endommagés par le temps et l'eau. Le chemin de fer passe au-dessus du Süredelbe, une portion de l'Elbe à proximité de la ville de Hambourg, en Allemagne, qui est fortement influencée par les marées et l'activité humaine. La direction de l'écoulement de la rivière et le niveau de l'eau sont régis par la dynamique des marées, et leurs changements fréquents doivent être pris en compte lors de la simulation des scénarios d'inondation.

Les conditions hydrodynamiques de l'Elbe sont complexes en raison de fréquentes ondes de tempête en mer du Nord et d'inondations fluviales. Il est donc essentiel pour la Deutsche Bahn d'identifier la conception optimale pour ces nouveaux ponts ferroviaires, pour mieux s'adapter à ces événements, tout en impactant le moins possible les forces hydrodynamiques du fleuve. Étant donné que la conception du pont doit répondre aux exigences de la directive-cadre européenne sur l'eau, il était de la plus haute importance que les nouvelles constructions aient un impact minimal sur le milieu, tant pendant la phase de construction qu'au cours des phases suivantes.

En d'autres termes, la Deutsche Bahn avait besoin de l'accompagnement d’experts ayant une connaissance détaillée du site et proposant des solutions pour modéliser les éventuelles conséquences sur l'environnement, en matière d'hydrodynamique et de transport sédimentaire.

Solution

Dans une première étude, DHI a analysé plusieurs projets de ponts, selon les conditions maritimes et de débit. La Deutsche Bahn a ensuite sélectionné une option, sur la base des résultats hydrodynamiques.

À l'étape suivante, DHI a mis en place un modèle hydrodynamique 3D pour modéliser numériquement la mécanique des fluides de l'Elbe et prédire le comportement de l'eau autour du pont, à la fois pendant la phase de construction et par la suite. Ce processus impliquait la prise en compte des trois dimensions du fleuve (longueur, largeur et profondeur) pour créer une représentation détaillée de la bathymétrie et de la topologie du fleuve. DHI a également modélisé plusieurs scénarios hydrologiques d'ondes de tempête et d'inondations, pour obtenir un aperçu complet de la réaction de la structure du pont en cas d'événements extrêmes et ainsi aider la Deutsche Bahn à prendre des décisions éclairées sur le réseau hydrographique.

Les simulations réalisées par DHI ont montré qu’un affouillement allant jusqu'à 10 mètres de profondeur pouvait survenir au niveau de certains piliers du pont durant la construction. Les simulations ont également révélé que les sédiments côtiers étaient susceptibles d'être mobilisés pendant les inondations. Par la suite, DHI a accompagné la Deutsche Bahn lors de la planification et de la mise en œuvre de mesures de protection contre l'affouillement. Ces dernières participeront en fin de compte à la protection de l'infrastructure pour garantir sa longévité.

Avec les modèles numériques, les périodes de mise en œuvre sont optimisées grâce aux analyses détaillées et précises des différents aspects du fleuve.

Résultats

Avec l'optimisation et l'entretien de cette infrastructure ferroviaire, la Deutsche Bahn peut assurer un transport sûr et efficace pour ses passagers, tout en limitant les éventuels impacts environnementaux. La modélisation hydrodynamique fournie par DHI a permis à la Deutsche Bahn de choisir le projet de pont ferroviaire le plus économique et le plus durable, qui sera en mesure de résister aux événements extrêmes tels que les inondations liées aux tempêtes.

Grâce aux simulations réalisées, la Deutsche Bahn a également obtenu des informations basées sur des données numériques au sujet des périodes optimales pour les travaux de construction. L'impact environnemental de la phase de construction a ainsi pu être réduit.