Construction de la tour Eiffel

Le vrai problème posé à Eiffel

le sol, pas la hauteur

Un mot de cadrage avant d’entrer dans le sujet : il ne sera question ici ni de la chronologie du montage, ni du nombre de rivets, ni de la lettre des artistes de 1887. Ces épisodes sont racontés partout, et ailleurs sur ce site. Le sujet, c’est ce qui se passe sous la ligne du sol.

Empiler du fer, l’entreprise Eiffel savait faire. Ses ateliers avaient déjà livré des viaducs de grande portée, des charpentes, des ponts démontables expédiés à l’autre bout du monde. Monter trois cents mètres de treillis n’était pas une aventure : c’était une extrapolation de ce que la maison faisait tous les jours.

La difficulté était sous les pieds. Une tour de cette hauteur concentre toute sa masse sur quatre points. La structure métallique pèse de l’ordre de sept mille trois cents tonnes ; au repos, chaque pile en reprend grossièrement le quart. Mais cette répartition ne tient qu’en l’absence de vent. Dès qu’il souffle, il pousse sur une face, décharge les piles sous le vent et surcharge celles au vent : c’est ce déséquilibre, et non la masse elle-même, qui commande la conception des ancrages décrits plus bas.

Le tout sur un terrain de bord de Seine, à quelques dizaines de mètres du fleuve. Le chantier de fondation a occupé environ quatre mois en 1887, avant que la première pièce de charpente ne soit posée. Sur un chantier total d’un peu plus de deux ans, c’est une part considérable pour un travail dont l’ouvrage terminé ne montrerait rien.

Deux sols, deux méthodes de fondation

Le point que presque aucun récit ne mentionne : les quatre piles n’ont pas été fondées de la même manière, parce que le terrain change de nature d’un angle à l’autre du Champ-de-Mars.

Cette dissymétrie n’a rien d’une anomalie. C’est la situation la plus banale qui soit dès qu’un ouvrage occupe une emprise un peu large : un terrain change de comportement sur quelques mètres, et le bas d’une parcelle ne se conduit pas comme son haut. Ce qui distingue le chantier de 1887, c’est qu’on l’a reconnu avant de dessiner, puis traité par deux réponses différentes, au lieu d’appliquer partout la même recette.

Les caissons à air comprimé, une technique de pont

Pour les deux piles côté fleuve, Eiffel a repris un procédé qu’il connaissait bien pour l’avoir employé sur ses ponts. Le déroulement tient en cinq temps.

Cette technique n’a été employée que là où elle était nécessaire, c’est-à-dire là où la couche porteuse se trouvait sous la nappe. Ailleurs, elle n’aurait rien apporté : elle est plus lente, plus coûteuse et beaucoup plus dure pour les hommes qu’une fouille ordinaire. Le chantier a donc dépensé de la difficulté là où elle achetait quelque chose, et pas ailleurs — ce qui reste une bonne définition de l’ingénierie.

Répartir la charge

massifs, sabots et boulons d’ancrage

Une fois l’assise trouvée, il restait à y transmettre les efforts sans concentrer la charge sur quelques centimètres carrés de métal. La chaîne est lisible de bas en haut.

Ce dernier point mérite qu’on s’y arrête, parce qu’il est contre-intuitif. Les boulons ne servent pas à retenir la tour vers le bas : son poids s’en charge très bien. Ils travaillent en traction, contre l’effort d’arrachement que subissent les piles au vent quand la pression s’exerce sur la face opposée. Sur une structure aussi haute et aussi ajourée, c’est le vent qui dimensionne, pas la masse.

Le résultat de toute cette répartition tient dans un chiffre qui surprend : la pression exercée sur le sol est de l’ordre de trois à quatre kilogrammes par centimètre carré, comparable à ce qu’exerce une personne assise sur une chaise à quatre pieds.

Ce n’est pas une coquetterie de calcul. C’est précisément ce qui a permis de se passer de fondations profondes : en restant sous la contrainte admissible du terrain, l’ouvrage n’a pas eu besoin de descendre chercher un rocher à trente mètres. Les fondations de la tour sont, proportionnellement à sa hauteur, étonnamment superficielles — de l’ordre de sept mètres sous les piles selon la documentation de l’exploitant du monument.

Le réglage au millimètre avant la jonction

Reste la question qui intrigue tout le monde. Les quatre piliers montent inclinés, chacun de son côté. Ils doivent se rejoindre au premier étage, sur une plateforme parfaitement horizontale. Comment obtient-on que quatre montants partis de quatre points distincts arrivent exactement au bon endroit ?

Deux dispositifs ont travaillé ensemble, et tous deux étaient provisoires.

Les boîtes à sable d’abord. Sous les arêtes montantes, on plaçait des caissons remplis de sable. En ouvrant progressivement un orifice, le sable s’écoulait, la boîte se tassait, et la pièce qu’elle supportait descendait doucement et de façon contrôlée. C’est une commande hydraulique sans hydraulique : lente, régulière, et réversible tant qu’il reste du sable.

Les vérins hydrauliques ensuite, insérés à la base des piles. Leur course était faible — quelques centimètres —, mais suffisante pour corriger finement l’inclinaison de chaque montant pendant l’assemblage. Une fois la jonction réalisée et la géométrie vérifiée, ces vérins ont été retirés et remplacés par des cales fixes. Le réglage était terminé ; l’ouvrage devenait rigide.

Non, la tour n’est pas posée sur des vérins

L’idée circule beaucoup : la tour Eiffel reposerait aujourd’hui encore sur des vérins hydrauliques compensant en permanence ses mouvements. C’est faux, et l’exploitant du monument le dément explicitement.

La confusion vient de ce qui précède : des vérins ont bien existé, mais comme outillage de montage. Ce qui subsiste sous les piliers est fixe — les massifs de maçonnerie, les caissons noyés côté Seine, les sabots et leurs ancrages.

Ce qui s’y trouve réellement est plus prosaïque et tout aussi intéressant : des sous-sols aménagés dans les piliers eux-mêmes. Deux d’entre eux abritent les machineries hydrauliques historiques des ascenseurs, un autre celle de l’ascenseur de service, un autre des locaux de personnel. Ces espaces ne sont pas ouverts au public en temps normal.

La tour bouge, en revanche, mais par le haut : la structure oscille sous le vent et le sommet se déplace légèrement selon les conditions, ce qui est le comportement normal d’une charpente élancée et ne concerne en rien ses appuis.

Ce qu’un chantier d’aujourd’hui en retient

Trois réflexes de ce chantier restent valables sur une construction ordinaire, et ils n’ont rien à voir avec les outils employés.

Le sol se reconnaît avant de dessiner. Les sondages ont précédé la conception des fondations, et ils ont conduit à deux réponses différentes pour un même ouvrage. Aujourd’hui encore, l’étude géotechnique reste le poste que l’on est le plus tenté d’économiser, et celui dont l’absence coûte le plus cher — une extension à cheval sur un ancien remblai et sur le terrain naturel, un mur de soutènement en pied de talus, une piscine près d’une zone humide sont exactement le même problème, à une autre échelle.

Un terrain hétérogène n’est pas un accident, c’est la norme, et la bonne réaction n’est pas de moyenner mais d’adapter chaque appui. Deux fondations différentes sur un même ouvrage ne sont pas un aveu de faiblesse : c’est une réponse juste à un sol qui n’est pas uniforme.

Enfin, la précision se fabrique en amont. Les pièces de la tour ont été percées et ajustées en atelier avant d’arriver sur le chantier, ce qui a permis un montage rapide et sans reprise. C’est la logique de la préfabrication et du contrôle dimensionnel actuels : ce qui est réglé à l’abri ne se rattrape pas dans le vent.

Une dernière chose, pour qui voudrait aller voir de ses yeux ce dont parle cet article : il n’y a rien à voir. Les fondations sont enterrées, les caissons noyés dans la maçonnerie, les boîtes à sable ont disparu et les vérins sont partis depuis 1888. Ce que le chantier a de plus intéressant ne se visite pas.