Béton précontraint : différence avec le béton armé et applications

1. Le point de départ : un béton qui résiste mal à la traction

Le béton supporte très bien d'être écrasé, beaucoup moins d'être étiré. Sous une poutre chargée, la partie basse est tendue : c'est là que les fissures apparaissent.

L'Eurocode 2 chiffre cet écart. Pour un béton courant de classe C25/30, la résistance caractéristique en compression est de 25 MPa, tandis que la résistance moyenne en traction n'atteint que 2,6 MPa, soit environ dix fois moins.

Résistance caractéristique en compression (f_ck) et résistance moyenne en traction (f_ctm), en MPa. Source : NF EN 1992-1-1 (Eurocode 2), tableau 3.1.

Même en augmentant la classe du béton, la traction progresse bien moins vite que la compression. Pour lire ces classes et choisir la bonne, voir notre guide sur les classes de résistance du béton C25/30, C35/45 et C50/60.

2. Béton armé et béton précontraint : deux logiques opposées

Dans le béton armé, des barres d'acier sont placées là où le béton sera tendu. Tant que la charge est faible, le béton travaille seul. Quand il se fissure, l'acier prend le relais et reprend la traction.

L'acier est dit passif : il ne travaille que parce que l'ouvrage se déforme. Les fissures fines sont donc normales en béton armé, et l'Eurocode 2 en limite l'ouverture.

Dans le béton précontraint, on tend des armatures en acier à haute résistance, puis on les ancre dans le béton. En cherchant à se raccourcir, elles compriment la pièce. Quand la charge arrive, elle doit d'abord « consommer » cette compression avant de pouvoir tendre le béton.

Freyssinet avait identifié deux conditions pour que la précontrainte fonctionne : un béton de haute résistance, qui se déforme peu, et des aciers tendus à des contraintes très élevées, pour que les pertes de tension restent faibles en proportion.

Le premier pont précontraint par post-tension, le pont de Luzancy sur la Marne, a été achevé en 1946 avec une portée de 55 mètres. Les deux techniques sont depuis entrées dans les mêmes règles de calcul, mais pas dans les mêmes métiers.

3. Pré-tension ou post-tension : les deux façons de précontraindre

Il existe deux manières de mettre les armatures en tension. Tout dépend du moment où l'on tire : avant le coulage du béton, ou après son durcissement.

La pré-tension : l'usine de préfabrication

Les armatures sont tendues sur un banc, entre deux culées fixes, puis le béton est coulé autour. Une fois le béton durci et sa résistance vérifiée, les armatures sont relâchées : la tension se transmet au béton par adhérence.

Cette méthode suppose des bancs de grande longueur et un contrôle serré du durcissement. Elle se pratique donc surtout en usine, pour des éléments produits en série : dalles alvéolées, poutrelles de plancher, poutres de pont, traverses.

La post-tension : le chantier et les grands ouvrages

Des gaines sont placées dans le coffrage avant bétonnage. Une fois le béton durci, les armatures y sont enfilées, tendues au vérin, puis bloquées dans des ancrages aux extrémités.

Dans la post-tension adhérente, les gaines sont ensuite injectées, le plus souvent au coulis de ciment, pour protéger l'acier de la corrosion et le solidariser avec le béton.

Il existe aussi une précontrainte extérieure, où les câbles passent hors de la section de béton, par exemple à l'intérieur d'un caisson de pont. Ils restent alors inspectables et remplaçables.

Le choix entre les deux méthodes est donc d'abord industriel : la pré-tension pour la série et l'usine, la post-tension pour les ouvrages uniques et les grandes portées coulées en place.

4. Le comparatif complet

Le tableau ci-dessous résume ce qui distingue les deux techniques, du principe mécanique à la vie de l'ouvrage.

Le béton précontraint n'est donc pas « meilleur » que le béton armé : il est plus efficace quand la portée ou la maîtrise de la fissuration l'exigent, et plus exigeant à concevoir, à construire et à modifier.

5. Les applications du béton précontraint

La précontrainte se retrouve partout où le béton armé atteindrait ses limites : grandes portées, étanchéité, charges importantes ou structures soumises à des efforts dans plusieurs directions.

Pour les ouvrages verticaux de grande hauteur, comme les piles de pont ou les tours, la méthode de coffrage pèse autant que le choix structurel : elle est détaillée dans notre article sur le coffrage glissant et le coffrage grimpant.

À l'inverse, pour une dalle de maison, une fondation ou un voile courant, le béton armé reste la solution standard. Le volume à commander se chiffre avec notre calculateur de béton pour dalle et fondation.

6. Normes, qualification et métiers

Béton armé et béton précontraint relèvent des mêmes règles de calcul : l'Eurocode 2 (NF EN 1992-1-1). Sa deuxième génération, EN 1992-1-1:2023, regroupe dans un même document les règles des bâtiments, des ponts et des ouvrages de génie civil.

Pour l'exécution, les marchés publics de génie civil s'appuient sur le Fascicule 65 du CCTG Travaux, dans sa version de décembre 2017 rendue applicable par l'arrêté du 28 mai 2018. Il couvre le béton non armé, armé et précontraint, et vise une durée d'utilisation des ouvrages de 100 ans.

Une qualification propre à la post-tension

Aucune norme européenne ne couvre l'installation des procédés de post-tension. En France, l'ASQPE, organisme accrédité par le Cofrac, certifie les armatures, les procédés et les entreprises spécialisées qui les mettent en œuvre, sur la base du document CWA 14646.

Cette certification atteste notamment que l'entreprise dispose d'un personnel qualifié et d'une organisation adaptée sur chantier : la mise en tension et l'injection sont des opérations à fort enjeu, confiées à des équipes spécialisées.

Les métiers autour du béton précontraint

• Le ferrailleur pose les armatures passives, qui restent indispensables en béton précontraint, et participe à la mise en place des gaines.
• Le coffreur-bancheur réalise les coffrages et les réservations des ancrages sur les ouvrages coulés en place.
• Le chef d'atelier de préfabrication béton encadre la production par pré-tension : bancs, mise en tension, contrôle avant relâchement.
• Les techniciens des entreprises spécialisées assurent la mise en tension au vérin, le blocage et l'injection des câbles.

La précontrainte reste un domaine de spécialistes. Pour un compagnon du gros œuvre, travailler sur ces chantiers est aussi une manière d'acquérir une compétence rare dans le génie civil.