# Quelle résistance de calcul pour le fer puddlé et l'acier doux ? L'exemple des halles de gare du 19 ème et début du 20 ème siècle

Hannah Franz, Mario Rinke, Sylvain Chataigner, Jean-Luc Martin, Lamine Dieng

► To cite this version:

Hannah Franz, Mario Rinke, Sylvain Chataigner, Jean-Luc Martin, Lamine Dieng. Quelle résistance de calcul pour le fer puddlé et l'acier doux ? L'exemple des halles de gare du 19 ème et début du 20 ème siècle. Marina Gasnier. Transitions, patrimoines et matériaux anciens : Patrimoine industriel et ferroviaire, Editions du Lion, pp.227-253, 2023, 978-2490804184. hal-04472883

HAL Id: hal-04472883

https://univ-eiffel.hal.science/hal-04472883

Submitted on 22 Feb 2024

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.
# Quelle résistance de calcul pour le fer puddlé et l'acier doux ?
## L'exemple des halles de gare du 19ème et début du 20ème siècle

Hannah FRANZª*, Jean-Luc MARTINᵇ, Mario RINKEᶜ, Sylvain CHATAIGNERª, Lamine DIENGª

ªLaboratoire MAST / SMC, Université Gustave Eiffel, Bouguenais, France; ᵇAREP, Paris, France; ᶜFaculty of Design Sciences, Universiteit Antwerpen, Anvers, Belgique

Dans le cadre de projets de rénovation de bâtiments ou de ponts à charpente métallique ancienne, il est courant que les ingénieurs réalisent de nouveaux calculs pour garantir la tenue structurelle de l'ouvrage selon les critères actuels. Il est alors essentiel de déterminer quels sont les matériaux en présence, fonte, fer puddlé ou acier doux, puis d'estimer correctement leur capacité. L'ingénieur peut *a priori* s'appuyer sur deux types de source : un diagnostic des matériaux ou des archives historiques. Un diagnostic des matériaux peut fournir des mesures de propriétés mécaniques réalisées à partir de prélèvements de la structure considérée. Des archives historiques, comme des notes de calcul ou des plans de charpente d'origine, peuvent quant à elles indiquer des valeurs de contrainte limite liées à la résistance du matériau. Dans les deux cas, les valeurs ne peuvent pas être directement utilisées comme résistance de calcul pour une vérification structurelle. Cet article analyse des pistes d'exploitation des deux types de source ainsi que leurs limitations, en s'appuyant sur l'exemple des halles de gare à charpente métallique construites au 19ème et début du 20ème siècle.

Mots clefs : fer puddlé, acier doux, résistance, dimensionnement, diagnostic des matériaux, halles de gare

# 1. Introduction

## 1.1. Résistance de calcul : le concept de valeur nominale

Lorsqu'un ingénieur doit dimensionner une structure métallique neuve ou vérifier la capacité portante d'une structure métallique existante, il doit comparer les efforts locaux présents dans la structure à la capacité du matériau qui la constitue. Deux grandeurs sont
# Quelle résistance de calcul pour le fer puddlé et l'acier doux ?
## L'exemple des halles de gare du 19<sup>ème</sup> et début du 20<sup>ème</sup> siècle

Hannah FRANZ<sup>a*</sup>, Jean-Luc MARTIN<sup>b</sup>, Mario RINKE<sup>c</sup>, Sylvain CHATAIGNER<sup>a</sup>, Lamine DIENG<sup>a</sup>

<sup>a</sup>Laboratoire MAST / SMC, Université Gustave Eiffel, Bouguenais, France; <sup>b</sup>AREP, Paris, France; <sup>c</sup>Faculty of Design Sciences, Universiteit Antwerpen, Anvers, Belgique

Dans le cadre de projets de rénovation de bâtiments ou de ponts à charpente métallique ancienne, il est courant que les ingénieurs réalisent de nouveaux calculs pour garantir la tenue structurelle de l'ouvrage selon les critères actuels. Il est alors essentiel de déterminer quels sont les matériaux en présence, fonte, fer puddlé ou acier doux, puis d'estimer correctement leur capacité. L'ingénieur peut *a priori* s'appuyer sur deux types de source : un diagnostic des matériaux ou des archives historiques. Un diagnostic des matériaux peut fournir des mesures de propriétés mécaniques réalisées à partir de prélèvements de la structure considérée. Des archives historiques, comme des notes de calcul ou des plans de charpente d'origine, peuvent quant à elles indiquer des valeurs de contrainte limite liées à la résistance du matériau. Dans les deux cas, les valeurs ne peuvent pas être directement utilisées comme résistance de calcul pour une vérification structurelle. Cet article analyse des pistes d'exploitation des deux types de source ainsi que leurs limitations, en s'appuyant sur l'exemple des halles de gare à charpente métallique construites au 19<sup>ème</sup> et début du 20<sup>ème</sup> siècle.

Mots clefs : fer puddlé, acier doux, résistance, dimensionnement, diagnostic des matériaux, halles de gare

# 1. Introduction

## 1.1. Résistance de calcul : le concept de valeur nominale

Lorsqu'un ingénieur doit dimensionner une structure métallique neuve ou vérifier la capacité portante d'une structure métallique existante, il doit comparer les efforts locaux présents dans la structure à la capacité du matériau qui la constitue. Deux grandeurs sont
utilisées pour caractériser la capacité du matériau à des fins de dimensionnement : la limite élastique et la limite de résistance à la traction. La limite élastique, notée $f_y$ ou $R_p$, est théoriquement la contrainte à partir de laquelle le matériau commence à se déformer de manière irréversible. Le début de la plastification ne pouvant expérimentalement jamais être établi de manière nette, la limite élastique correspond aujourd'hui conventionnellement à la contrainte à 0,2% de déformation lorsque le matériau est sollicité en traction. La limite de la résistance à la traction, notée $f_u$ ou $R_m$, est la contrainte à laquelle se produit la rupture dans cette même configuration.

Dans le cas d'une structure neuve, l'acier employé respecte des normes de fabrication qui permettent de le catégoriser et de lui attribuer des propriétés mécaniques nominales qui servent de base aux calculs. Dans les Eurocodes, ces valeurs nominales correspondent à des valeurs caractéristiques, définies comme le fractile à 5% lorsque la valeur basse de la propriété considérée est défavorable (NF EN 1990 4.2 (3)) (AFNOR, 2003). Par exemple l'acier de construction S235, respectant la norme EN 10025-2, a une limite nominale d'élasticité $f_y$ = 235 MPa et de résistance à la traction $f_u$ = 360 MPa pour des éléments dont l'épaisseur ne dépasse pas 40 mm (NF EN 1993-1-1 Tab. 3.1) (AFNOR, 2005). Cela signifie que lorsque de l'acier S235 est mis en œuvre, il y a 95% de chance que les propriétés mécaniques des échantillons utilisés soient meilleures que celles annoncées, et seulement 5% qu'elles soient inférieures. C'est une manière d'intégrer une marge de sécurité au sein même des propriétés du matériau, pour tenir compte de fluctuations dues à des inhomogénéités dans le matériau ou des imperfections liées à la fabrication ou la mise en œuvre.

Dans le cas d'une structure ancienne construite au 19ème ou début du 20ème siècle, il est plus difficile de définir une limite élastique ou une résistance de calcul car les matériaux utilisés (fonte, fer puddlé et acier doux) n'étaient pas soumis à des normes de
utilisées pour caractériser la capacité du matériau à des fins de dimensionnement : la limite élastique et la limite de résistance à la traction. La limite élastique, notée $f_y$ ou $R_p$, est théoriquement la contrainte à partir de laquelle le matériau commence à se déformer de manière irréversible. Le début de la plastification ne pouvant expérimentalement jamais être établi de manière nette, la limite élastique correspond aujourd'hui conventionnellement à la contrainte à 0,2% de déformation lorsque le matériau est sollicité en traction. La limite de la résistance à la traction, notée $f_u$ ou $R_m$, est la contrainte à laquelle se produit la rupture dans cette même configuration.

Dans le cas d'une structure neuve, l'acier employé respecte des normes de fabrication qui permettent de le catégoriser et de lui attribuer des propriétés mécaniques nominales qui servent de base aux calculs. Dans les Eurocodes, ces valeurs nominales correspondent à des valeurs caractéristiques, définies comme le fractile à 5% lorsque la valeur basse de la propriété considérée est défavorable (NF EN 1990 4.2 (3)) (AFNOR, 2003). Par exemple l'acier de construction S235, respectant la norme EN 10025-2, a une limite nominale d'élasticité $f_y$ = 235 MPa et de résistance à la traction $f_u$ = 360 MPa pour des éléments dont l'épaisseur ne dépasse pas 40 mm (NF EN 1993-1-1 Tab. 3.1) (AFNOR, 2005). Cela signifie que lorsque de l'acier S235 est mis en œuvre, il y a 95% de chance que les propriétés mécaniques des échantillons utilisés soient meilleures que celles annoncées, et seulement 5% qu'elles soient inférieures. C'est une manière d'intégrer une marge de sécurité au sein même des propriétés du matériau, pour tenir compte de fluctuations dues à des inhomogénéités dans le matériau ou des imperfections liées à la fabrication ou la mise en œuvre.

Dans le cas d'une structure ancienne construite au 19ème ou début du 20ème siècle, il est plus difficile de définir une limite élastique ou une résistance de calcul car les matériaux utilisés (fonte, fer puddlé et acier doux) n'étaient pas soumis à des normes de
fabrication comme aujourd'hui. Pour effectuer des calculs selon les Eurocodes, il faudrait
idéalement prélever sur chaque structure ancienne un nombre d'échantillons de matériau
suffisant pour que les essais mécaniques sur ces échantillons permettent d'extraire des
valeurs caractéristiques. Evidemment, dans la réalité, cela n'est pas envisageable car cela
endommagerait la structure et irait à l'encontre de sa préservation. L'enjeu est donc de
déterminer des valeurs nominales de limite élastique ou de résistance grâce à un
diagnostic des matériaux qui s'appuie sur un nombre restreint de prélèvements sur la
structure – 2 ou 3 dans la plupart des cas en pratique – ou bien à partir de documents
d'archive fournissant des informations sur le matériau.

L'ingénieur peut avoir à sa disposition une note de calcul ou un plan d'origine qui indiquent une « contrainte limite » ou « charge de sécurité », c'est-à-dire une contrainte maximale autorisée. Cependant, la correspondance entre contrainte limite et limite élastique nominale au sens de l'Eurocode est difficile à établir. En effet, au 19ème siècle, le concept de dimensionnement pour les structures métalliques différait du concept actuel (Schueremans et al., 2018). Dans le concept de contrainte limite, la contrainte limite intégrait tous les facteurs de sécurité, couvrant non seulement les incertitudes dans les propriétés du matériau, mais aussi les erreurs de calcul et les incertitudes dans les charges par exemple. L'Eurocode utilise le concept des états limites, dans lequel les facteurs de sécurité sont appliqués séparément côté matériau et côté chargement.

Cet article propose d'une part une analyse critique des diagnostics de matériaux
et de l'extraction des valeurs caractéristiques et détaille d'autre part quels sont les liens
et les divergences entre des contraintes limites issues de documents d'archives et des
valeurs caractéristiques au sens des Eurocodes.
fabrication comme aujourd'hui. Pour effectuer des calculs selon les Eurocodes, il faudrait
idéalement prélever sur chaque structure ancienne un nombre d'échantillons de matériau
suffisant pour que les essais mécaniques sur ces échantillons permettent d'extraire des
valeurs caractéristiques. Evidemment, dans la réalité, cela n'est pas envisageable car cela
endommagerait la structure et irait à l'encontre de sa préservation. L'enjeu est donc de
déterminer des valeurs nominales de limite élastique ou de résistance grâce à un
diagnostic des matériaux qui s'appuie sur un nombre restreint de prélèvements sur la
structure – 2 ou 3 dans la plupart des cas en pratique – ou bien à partir de documents
d'archive fournissant des informations sur le matériau.

L'ingénieur peut avoir à sa disposition une note de calcul ou un plan d'origine qui indiquent une « contrainte limite » ou « charge de sécurité », c'est-à-dire une contrainte maximale autorisée. Cependant, la correspondance entre contrainte limite et limite élastique nominale au sens de l'Eurocode est difficile à établir. En effet, au 19ème siècle, le concept de dimensionnement pour les structures métalliques différait du concept actuel (Schueremans et al., 2018). Dans le concept de contrainte limite, la contrainte limite intégrait tous les facteurs de sécurité, couvrant non seulement les incertitudes dans les propriétés du matériau, mais aussi les erreurs de calcul et les incertitudes dans les charges par exemple. L'Eurocode utilise le concept des états limites, dans lequel les facteurs de sécurité sont appliqués séparément côté matériau et côté chargement.

Cet article propose d'une part une analyse critique des diagnostics de matériaux
et de l'extraction des valeurs caractéristiques et détaille d'autre part quels sont les liens
et les divergences entre des contraintes limites issues de documents d'archives et des
valeurs caractéristiques au sens des Eurocodes.
## 1.2. Corpus d'étude : les halles de gare

Il subsiste aujourd'hui en France environ 90 halles de gare « historiques » à charpente métallique, soit presque 40% des halles construites entre 1843 et 1931 (Emile and Veston, 2020). Les halles de gare en question couvrent des quais de voie ferrées ou des quais transversaux à ces voies (Figure 1). La dénomination Grande Halle Voyageurs (GHV) utilisée par la SNCF (Société Nationale des Chemins de fer Français) recouvre plusieurs configurations. Elle désigne aussi bien une halle unique, lorsque la gare n'en dispose que d'une seule, qu'un ensemble de halles, lorsqu'il y en a plusieurs accolées dans la même gare. Ces halles incarnent l'âge d'or de l'architecture du fer en France, avec des systèmes constructifs et une esthétique propre (Lemoine, 1986).

Les rénovations de GHV, qui se font en pratique tous les 30 à 50 ans, consistent en premier lieu à réparer ou remplacer la couverture et à décaper et remettre en peinture la charpente métallique. Dans certains cas récents, la charpente métallique de la toiture a également été renforcée. Par exemple, lors de la rénovation de la Gare de Perpignan achevée en 2013, des butons, des croix de Saint-André et des liernes ont été rajoutés à la structure (Figure 1). En effet, dans la plupart des projets de rénovation des 20 dernières années, les combles ont fait l'objet d'une nouvelle vérification structurelle suivant les normes actuelles. Les renforts mis en œuvre ont pour objectif de résoudre des problèmes de stabilité identifiés à partir de modèles numériques aux éléments finis. Ces renforts consistent en des augmentations de section de certains éléments de charpente, ou bien en des ajouts d'éléments de maintien. Ces mesures ont un impact économique, à travers l'alourdissement du coût des travaux, un impact écologique, du fait de l'ajout d'acier, et un impact patrimonial, car l'aspect de la structure originale est modifié. La pertinence des renforts est conditionnée par la validité des calculs, à laquelle contribue la bonne
## 1.2. Corpus d'étude : les halles de gare

Il subsiste aujourd'hui en France environ 90 halles de gare « historiques » à charpente métallique, soit presque 40% des halles construites entre 1843 et 1931 (Emile and Veston, 2020). Les halles de gare en question couvrent des quais de voie ferrées ou des quais transversaux à ces voies (Figure 1). La dénomination Grande Halle Voyageurs (GHV) utilisée par la SNCF (Société Nationale des Chemins de fer Français) recouvre plusieurs configurations. Elle désigne aussi bien une halle unique, lorsque la gare n'en dispose que d'une seule, qu'un ensemble de halles, lorsqu'il y en a plusieurs accolées dans la même gare. Ces halles incarnent l'âge d'or de l'architecture du fer en France, avec des systèmes constructifs et une esthétique propre (Lemoine, 1986).

Les rénovations de GHV, qui se font en pratique tous les 30 à 50 ans, consistent en premier lieu à réparer ou remplacer la couverture et à décaper et remettre en peinture la charpente métallique. Dans certains cas récents, la charpente métallique de la toiture a également été renforcée. Par exemple, lors de la rénovation de la Gare de Perpignan achevée en 2013, des butons, des croix de Saint-André et des liernes ont été rajoutés à la structure (Figure 1). En effet, dans la plupart des projets de rénovation des 20 dernières années, les combles ont fait l'objet d'une nouvelle vérification structurelle suivant les normes actuelles. Les renforts mis en œuvre ont pour objectif de résoudre des problèmes de stabilité identifiés à partir de modèles numériques aux éléments finis. Ces renforts consistent en des augmentations de section de certains éléments de charpente, ou bien en des ajouts d'éléments de maintien. Ces mesures ont un impact économique, à travers l'alourdissement du coût des travaux, un impact écologique, du fait de l'ajout d'acier, et un impact patrimonial, car l'aspect de la structure originale est modifié. La pertinence des renforts est conditionnée par la validité des calculs, à laquelle contribue la bonne
définition des valeurs caractéristiques de propriétés du matériau. C'est pourquoi l'analyse
proposée dans cet article est appliquée au corpus des halles de gare historiques.

Trois matériaux métalliques prédominent dans ce corpus : la fonte, le fer puddlé et l'acier doux. Pour les halles de gare, la fonte est essentiellement utilisée pour les poteaux, les bielles de fermes Polonceau et les éléments décoratifs. L'article se concentre donc sur les propriétés du fer puddlé et de l'acier doux, majoritairement utilisés dans les charpentes de toiture. Concernant l'étude des diagnostics de matériaux, l'article s'appuie sur des documents mis à disposition par AREP, filiale de la SNCF, issus d'une vingtaine de projets de rénovation. Concernant l'étude des archives historiques, l'article utilise des notes de calcul conservées d'une part au CNAH (Centre National des Archives Historiques de la SNCF) situé au Mans et issues d'autre part d'archives locales de la SNCF encore disséminées sur le territoire (Bowie, 2009). Ces notes de calcul ont été présentées et exploitées dans un précédent article (Franz et al., 2022). Les données rassemblées sont mises en contexte avec la littérature historique et contemporaine.

## 2. Distinction entre fer et acier

### 2.1. Caractéristiques générales de la fonte, du fer et de l'acier

Dans la construction métallique au 19ème siècle, on distingue trois matériaux issus du minerai de fer. La *fonte* possède le pourcentage de carbone le plus élevé, entre 2 et 6% (Bates, 1984). C'est un matériau dur, cassant, mais qui peut facilement être moulé et qui résiste bien à la compression. L'itler fer, obtenu par affinage de la fonte, contient aussi du carbone mais avec une teneur infime (inférieure à 0,05%) (Moy, Clarke and Bright, 2009). Il travaille bien en traction. L'acier contient un peu plus de carbone que le fer ainsi que d'autres éléments qui peuvent modifier ses propriétés (manganèse, nickel, chrome...). Les aciers doux ou extra-doux principalement utilisés à la fin du 19ème siècle ont la plus faible concentration en carbone (inférieure à 0,25%) et une dureté importante (de Bouw
définition des valeurs caractéristiques de propriétés du matériau. C'est pourquoi l'analyse
proposée dans cet article est appliquée au corpus des halles de gare historiques.

Trois matériaux métalliques prédominent dans ce corpus : la fonte, le fer puddlé et l'acier doux. Pour les halles de gare, la fonte est essentiellement utilisée pour les poteaux, les bielles de fermes Polonceau et les éléments décoratifs. L'article se concentre donc sur les propriétés du fer puddlé et de l'acier doux, majoritairement utilisés dans les charpentes de toiture. Concernant l'étude des diagnostics de matériaux, l'article s'appuie sur des documents mis à disposition par AREP, filiale de la SNCF, issus d'une vingtaine de projets de rénovation. Concernant l'étude des archives historiques, l'article utilise des notes de calcul conservées d'une part au CNAH (Centre National des Archives Historiques de la SNCF) situé au Mans et issues d'autre part d'archives locales de la SNCF encore disséminées sur le territoire (Bowie, 2009). Ces notes de calcul ont été présentées et exploitées dans un précédent article (Franz et al., 2022). Les données rassemblées sont mises en contexte avec la littérature historique et contemporaine.

## 2. Distinction entre fer et acier

### 2.1. Caractéristiques générales de la fonte, du fer et de l'acier

Dans la construction métallique au 19ème siècle, on distingue trois matériaux issus du minerai de fer. La *fonte* possède le pourcentage de carbone le plus élevé, entre 2 et 6% (Bates, 1984). C'est un matériau dur, cassant, mais qui peut facilement être moulé et qui résiste bien à la compression. L'itler fer, obtenu par affinage de la fonte, contient aussi du carbone mais avec une teneur infime (inférieure à 0,05%) (Moy, Clarke and Bright, 2009). Il travaille bien en traction. L'acier contient un peu plus de carbone que le fer ainsi que d'autres éléments qui peuvent modifier ses propriétés (manganèse, nickel, chrome...). Les aciers doux ou extra-doux principalement utilisés à la fin du 19ème siècle ont la plus faible concentration en carbone (inférieure à 0,25%) et une dureté importante (de Bouw
et al., 2009). L'acier a de meilleures propriétés mécaniques que le fer, avec notamment une plus grande ductilité.

## 2.2. Histoire des méthodes de production

La production de fonte brute à l'aide de fourneaux au charbon de bois remonte au Moyen Âge. Grâce aux hauts fourneaux chauffés au coke, issu de la pyrolyse de charbon minéral, introduits en Angleterre par A. Darby en 1709, la température de chauffe augmente et une fonte de meilleure qualité est produite (de Bouw et al., 2009). La première fonderie au coke en France est construite au Creusot en 1781-1785 (Lemoine, 1986). La méthode du puddlage est inventée vers 1780 en Angleterre mais le premier four de puddlage n'est introduit en France qu'en 1818, une nouvelle fois au Creusot (Schädlich, 2015). Le puddlage consiste à réunir des masses pâteuses de fer et d'impuretés, dites scories, chauffées dans des bas fourneaux, et à les laminer en barres. Le martelage permet d'éliminer partiellement les scories. Du fait du passage au laminoir, le fer puddlé a une constitution lamellaire. En 1855, l'Anglais H. Bessemer invente un procédé d'affinage de la fonte qui oxyde avec de l'air les éléments indésirables et qui permet de produire de l'acier de manière économique. Les scories, moins denses que le métal, se séparent du fer par flottaison. Ce procédé est amélioré par S.G. Thomas en 1877, qui change essentiellement le revêtement du convertisseur (de fonte en acier), qui d'acide devient basique. Le premier convertisseur Thomas est installé en France au Creusot en 1879. En parallèle, en 1864, les frères Martin et Siemens proposent un procédé qui présente l'avantage de pouvoir réutiliser des ferrailles et de produire un acier de meilleure qualité. Mais le procédé Siemens-Martin, comme le procédé Bessemer, nécessite des minerais de base avec une faible teneur en phosphore, moins répandus en France qu'en Angleterre. Le procédé Thomas reste donc prépondérant en France comme en Belgique jusqu'à la production d'acier par arc électrique qui se développe à partir du début du 20ème siècle
et al., 2009). L'acier a de meilleures propriétés mécaniques que le fer, avec notamment une plus grande ductilité.

## 2.2. Histoire des méthodes de production

La production de fonte brute à l'aide de fourneaux au charbon de bois remonte au Moyen Âge. Grâce aux hauts fourneaux chauffés au coke, issu de la pyrolyse de charbon minéral, introduits en Angleterre par A. Darby en 1709, la température de chauffe augmente et une fonte de meilleure qualité est produite (de Bouw et al., 2009). La première fonderie au coke en France est construite au Creusot en 1781-1785 (Lemoine, 1986). La méthode du puddlage est inventée vers 1780 en Angleterre mais le premier four de puddlage n'est introduit en France qu'en 1818, une nouvelle fois au Creusot (Schädlich, 2015). Le puddlage consiste à réunir des masses pâteuses de fer et d'impuretés, dites scories, chauffées dans des bas fourneaux, et à les laminer en barres. Le martelage permet d'éliminer partiellement les scories. Du fait du passage au laminoir, le fer puddlé a une constitution lamellaire. En 1855, l'Anglais H. Bessemer invente un procédé d'affinage de la fonte qui oxyde avec de l'air les éléments indésirables et qui permet de produire de l'acier de manière économique. Les scories, moins denses que le métal, se séparent du fer par flottaison. Ce procédé est amélioré par S.G. Thomas en 1877, qui change essentiellement le revêtement du convertisseur (de fonte en acier), qui d'acide devient basique. Le premier convertisseur Thomas est installé en France au Creusot en 1879. En parallèle, en 1864, les frères Martin et Siemens proposent un procédé qui présente l'avantage de pouvoir réutiliser des ferrailles et de produire un acier de meilleure qualité. Mais le procédé Siemens-Martin, comme le procédé Bessemer, nécessite des minerais de base avec une faible teneur en phosphore, moins répandus en France qu'en Angleterre. Le procédé Thomas reste donc prépondérant en France comme en Belgique jusqu'à la production d'acier par arc électrique qui se développe à partir du début du 20ème siècle
(de Bouw et al., 2009).

## 2.3. Variations de nomenclature

Les dénominations fer et acier ne sont pas univoques. Plusieurs termes comme fer forgé, fer fondu, acier fondu ont cohabité et leur utilisation dépendait des auteurs (Werner and Seidel, 1992). En effet, la distinction entre fer et acier reposait tantôt sur des caractéristiques chimiques (notamment la teneur en carbone), tantôt sur le procédé de fabrication. Ce problème est souligné par exemple par (Considère, 1885):

> « Le puddlage et la fusion peuvent à volonté produire du fer et de l'acier, mais en leur donnant des structures et des propriétés différentes ; il importe donc de savoir, non seulement quelle est la dureté du métal auquel on a affaire mais aussi quelle est son origine. »

Considère propose cependant des voies de simplification :

> « Le puddlage servant surtout à produire le métal doux et la fusion ayant jusqu'à présent été utilisée principalement à fabriquer le métal dur, le mot fer, sans qualitatif, désigne toujours le fer puddlé et le mot acier, employé seul, désigne l'acier produit par fusion. »

On peut distinguer un grand nombre de nuances de fer et d'acier dans la nomenclature, comme le démêle (de Bouw et al., 2009). Cet article se limite à la distinction entre fer puddlé et acier doux (obtenu par fusion).

# 3. Propriétés mécaniques nominales issues de diagnostics de matériaux

## 3.1. Principe des diagnostics de matériaux sur les métaux anciens

Le diagnostic d'une charpente métallique ancienne, généralement réalisé en amont d'un projet de rénovation, a pour objectif de décrire l'état sanitaire de la structure, notamment le degré de corrosion, d'étudier les systèmes de peinture en vue de leur décapage, et de caractériser les matériaux, c'est-à-dire de déterminer leur nature, leur soudabilité et leurs
(de Bouw et al., 2009).

## 2.3. Variations de nomenclature

Les dénominations fer et acier ne sont pas univoques. Plusieurs termes comme fer forgé, fer fondu, acier fondu ont cohabité et leur utilisation dépendait des auteurs (Werner and Seidel, 1992). En effet, la distinction entre fer et acier reposait tantôt sur des caractéristiques chimiques (notamment la teneur en carbone), tantôt sur le procédé de fabrication. Ce problème est souligné par exemple par (Considère, 1885):

> « Le puddlage et la fusion peuvent à volonté produire du fer et de l'acier, mais en leur donnant des structures et des propriétés différentes ; il importe donc de savoir, non seulement quelle est la dureté du métal auquel on a affaire mais aussi quelle est son origine. »

Considère propose cependant des voies de simplification :

> « Le puddlage servant surtout à produire le métal doux et la fusion ayant jusqu'à présent été utilisée principalement à fabriquer le métal dur, le mot fer, sans qualitatif, désigne toujours le fer puddlé et le mot acier, employé seul, désigne l'acier produit par fusion. »

On peut distinguer un grand nombre de nuances de fer et d'acier dans la nomenclature, comme le démêle (de Bouw et al., 2009). Cet article se limite à la distinction entre fer puddlé et acier doux (obtenu par fusion).

# 3. Propriétés mécaniques nominales issues de diagnostics de matériaux

## 3.1. Principe des diagnostics de matériaux sur les métaux anciens

Le diagnostic d'une charpente métallique ancienne, généralement réalisé en amont d'un projet de rénovation, a pour objectif de décrire l'état sanitaire de la structure, notamment le degré de corrosion, d'étudier les systèmes de peinture en vue de leur décapage, et de caractériser les matériaux, c'est-à-dire de déterminer leur nature, leur soudabilité et leurs
propriétés mécaniques (Memet, Bayle and de Viviès, 2021). Pour étudier les matériaux, certaines mesures non destructives peuvent être réalisées in-situ, comme des mesures de dureté. Des échantillons de charpente métallique sont néanmoins aussi prélevés par découpe pour réaliser une analyse approfondie en laboratoire. La nature des matériaux (fonte, fer puddlé, acier doux) est déterminée grâce à des analyses chimiques, qui donnent les teneurs en éléments chimiques (fer, phosphore, silicium, ...), et une étude métallographique, qui révèle la microstructure des échantillons. Les propriétés mécaniques des matériaux sont souvent également évaluées par un ou plusieurs essais de traction, et parfois des essais de dureté en complément.

La microstructure des échantillons permet d'identifier le matériau car elle est un reflet du processus de fabrication. La microstructure des fontes de fer (Figure 2(a)) se caractérise par une matrice uniforme avec des inclusions de carbone sous forme d'une multitude de lamelles noires avec différentes orientations. Le fer puddlé (Figure 2(b)) présente quant à lui une structure lamellaire avec une densité variable d'inclusions parallèles, qui correspondent au sens du laminage. L'acier doux (Figure 2(c)) a une structure perlitique avec des grains de fer assez grossiers, liés à un refroidissement mal contrôlé, avec une majorité de petites inclusions globulaires entre les grains et parfois quelques inclusions allongées. Les aciers doux de la fin du 19ème siècle ont des grains plutôt gros de taille assez variable, alors que les aciers doux du début du 20ème siècle ont des grains plus petits et homogènes grâce à une meilleure maîtrise du processus de fabrication (Kühn, 2008) (STRRES, 2014).

## 3.2. Résultats des essais mécaniques sur le fer puddlé et l'acier doux dans les GHV

Les résultats des essais mécaniques réalisés dans le cadre des projets de rénovation ont
propriétés mécaniques (Memet, Bayle and de Viviès, 2021). Pour étudier les matériaux, certaines mesures non destructives peuvent être réalisées in-situ, comme des mesures de dureté. Des échantillons de charpente métallique sont néanmoins aussi prélevés par découpe pour réaliser une analyse approfondie en laboratoire. La nature des matériaux (fonte, fer puddlé, acier doux) est déterminée grâce à des analyses chimiques, qui donnent les teneurs en éléments chimiques (fer, phosphore, silicium, ...), et une étude métallographique, qui révèle la microstructure des échantillons. Les propriétés mécaniques des matériaux sont souvent également évaluées par un ou plusieurs essais de traction, et parfois des essais de dureté en complément.

La microstructure des échantillons permet d'identifier le matériau car elle est un reflet du processus de fabrication. La microstructure des fontes de fer (Figure 2(a)) se caractérise par une matrice uniforme avec des inclusions de carbone sous forme d'une multitude de lamelles noires avec différentes orientations. Le fer puddlé (Figure 2(b)) présente quant à lui une structure lamellaire avec une densité variable d'inclusions parallèles, qui correspondent au sens du laminage. L'acier doux (Figure 2(c)) a une structure perlitique avec des grains de fer assez grossiers, liés à un refroidissement mal contrôlé, avec une majorité de petites inclusions globulaires entre les grains et parfois quelques inclusions allongées. Les aciers doux de la fin du 19ème siècle ont des grains plutôt gros de taille assez variable, alors que les aciers doux du début du 20ème siècle ont des grains plus petits et homogènes grâce à une meilleure maîtrise du processus de fabrication (Kühn, 2008) (STRRES, 2014).

## 3.2. Résultats des essais mécaniques sur le fer puddlé et l'acier doux dans les GHV

Les résultats des essais mécaniques réalisés dans le cadre des projets de rénovation ont
été rassemblés pour une vingtaine de GHV. Le Tableau 1 présente les valeurs de limite élastique R<sub>p 0,2%</sub>, limite de résistance en traction R<sub>m</sub> et allongement à rupture A obtenues pour des échantillons de fer puddlé, en précisant pour chaque échantillon la GHV dont il provient, sa date de construction, l'entreprise ayant réalisé le diagnostic et le nombre total d'échantillons prélevés sur la GHV ayant servi d'éprouvettes. Le Tableau 2 fait de même pour des échantillons en acier doux. L'ensemble des diagnostics de matériaux de halles de gare mis à notre disposition permet ainsi de rassembler 23 mesures de limite élastique pour le fer puddlé et 39 mesures de limite élastique pour l'acier doux. Certaines données étant incomplètes, le nombre de mesures de limite de résistance à la traction et d'allongement à la rupture est légèrement inférieur. La Figure 3 présente graphiquement la distribution des valeurs de limite élastique, limite de résistance en traction et allongement à rupture, selon la date de construction des GHV ayant fait l'objet du diagnostic.

Il apparaît d'abord que le fer puddlé est le matériau prédominant jusque vers 1880,
où l'acier doux devient majoritaire. Une période de recouvrement ressort dans l'utilisation
des deux matériaux jusqu'à la fin du 19<sup>ème</sup> siècle. Les résultats reflètent également
l'extrême dispersion dans les propriétés mécaniques, à la fois d'une structure à l'autre et
au sein d'une même structure. En effet, la plupart des diagnostics de matériaux sur une
GHV comportent seulement un à trois essais de traction mais pour les grandes gares
parisiennes, un plus grand nombre d'essais a été réalisé. On peut ainsi constater la
dispersion des résultats au sein de deux halles de la Gare de l'Est construites en 1931 (le
hall St-Martin et le quai transversal), pour lesquelles des essais ont été faits sur 12
échantillons. Enfin, l'acier doux ne semble pas posséder de propriétés significativement
meilleures que le fer puddlé pour ce qui est de la limite élastique et de la résistance à la
été rassemblés pour une vingtaine de GHV. Le Tableau 1 présente les valeurs de limite élastique R<sub>p 0,2%</sub>, limite de résistance en traction R<sub>m</sub> et allongement à rupture A obtenues pour des échantillons de fer puddlé, en précisant pour chaque échantillon la GHV dont il provient, sa date de construction, l'entreprise ayant réalisé le diagnostic et le nombre total d'échantillons prélevés sur la GHV ayant servi d'éprouvettes. Le Tableau 2 fait de même pour des échantillons en acier doux. L'ensemble des diagnostics de matériaux de halles de gare mis à notre disposition permet ainsi de rassembler 23 mesures de limite élastique pour le fer puddlé et 39 mesures de limite élastique pour l'acier doux. Certaines données étant incomplètes, le nombre de mesures de limite de résistance à la traction et d'allongement à la rupture est légèrement inférieur. La Figure 3 présente graphiquement la distribution des valeurs de limite élastique, limite de résistance en traction et allongement à rupture, selon la date de construction des GHV ayant fait l'objet du diagnostic.

Il apparaît d'abord que le fer puddlé est le matériau prédominant jusque vers 1880,
où l'acier doux devient majoritaire. Une période de recouvrement ressort dans l'utilisation
des deux matériaux jusqu'à la fin du 19<sup>ème</sup> siècle. Les résultats reflètent également
l'extrême dispersion dans les propriétés mécaniques, à la fois d'une structure à l'autre et
au sein d'une même structure. En effet, la plupart des diagnostics de matériaux sur une
GHV comportent seulement un à trois essais de traction mais pour les grandes gares
parisiennes, un plus grand nombre d'essais a été réalisé. On peut ainsi constater la
dispersion des résultats au sein de deux halles de la Gare de l'Est construites en 1931 (le
hall St-Martin et le quai transversal), pour lesquelles des essais ont été faits sur 12
échantillons. Enfin, l'acier doux ne semble pas posséder de propriétés significativement
meilleures que le fer puddlé pour ce qui est de la limite élastique et de la résistance à la
rupture. L'amélioration de la ductilité, incarnée par l'allongement à la rupture, est en revanche assez nette.

Lorsqu'un ingénieur reçoit les résultats d'un diagnostic des matériaux lui soumettant une ou plusieurs valeurs de limite élastique mesurées expérimentalement à partir d'échantillons prélevés sur la structure, plusieurs options s'offrent à lui. Il peut choisir d'utiliser comme limite élastique nominale la valeur la plus faible mesurée. Cette approche paraît conservative mais elle ne l'est pas toujours, car rien ne garantit que d'autres éléments de la structure, non prélevés, n'ont pas une limite élastique plus faible. Dans la pratique, les ingénieurs choisissent alors généralement d'assimiler le matériau en présence à de l'acier S235 et lui attribuent sa valeur nominale de limite élastique $f_y = 235 \text{ N/mm}^2$.

L'ensemble des diagnostics de matériaux à notre disposition fournissant une quantité de données relativement importante, des valeurs caractéristiques pour la limite élastique du fer puddlé et de l'acier doux ont été estimées suivant la procédure décrite dans l'Eurocode NF EN 1990 Annexe D.7.2. Cette procédure tient compte de la moyenne, de l'écart-type, et du nombre d'essais réalisés. Le calcul est détaillé dans le Tableau 3 et les valeurs caractéristiques de limite élastique obtenues sont :

* Fer puddlé : $f_y = 214 \text{ MPa}$

* Acier doux : $f_y = 224 \text{ MPa}$

Il apparaît alors que la démarche simplificatrice des ingénieurs consistant à assimiler du fer puddlé ou de l'acier doux à un acier moderne S235 n'est pas sécuritaire car la limite élastique caractéristique du S235 est supérieure aux valeurs caractéristiques correspondant aux halles de gare. Ce résultat va maintenant être confronté à la littérature.
rupture. L'amélioration de la ductilité, incarnée par l'allongement à la rupture, est en revanche assez nette.

Lorsqu'un ingénieur reçoit les résultats d'un diagnostic des matériaux lui soumettant une ou plusieurs valeurs de limite élastique mesurées expérimentalement à partir d'échantillons prélevés sur la structure, plusieurs options s'offrent à lui. Il peut choisir d'utiliser comme limite élastique nominale la valeur la plus faible mesurée. Cette approche paraît conservative mais elle ne l'est pas toujours, car rien ne garantit que d'autres éléments de la structure, non prélevés, n'ont pas une limite élastique plus faible. Dans la pratique, les ingénieurs choisissent alors généralement d'assimiler le matériau en présence à de l'acier S235 et lui attribuent sa valeur nominale de limite élastique $f_y = 235 \text{ N/mm}^2$.

L'ensemble des diagnostics de matériaux à notre disposition fournissant une quantité de données relativement importante, des valeurs caractéristiques pour la limite élastique du fer puddlé et de l'acier doux ont été estimées suivant la procédure décrite dans l'Eurocode NF EN 1990 Annexe D.7.2. Cette procédure tient compte de la moyenne, de l'écart-type, et du nombre d'essais réalisés. Le calcul est détaillé dans le Tableau 3 et les valeurs caractéristiques de limite élastique obtenues sont :

* Fer puddlé : $f_y = 214 \text{ MPa}$

* Acier doux : $f_y = 224 \text{ MPa}$

Il apparaît alors que la démarche simplificatrice des ingénieurs consistant à assimiler du fer puddlé ou de l'acier doux à un acier moderne S235 n'est pas sécuritaire car la limite élastique caractéristique du S235 est supérieure aux valeurs caractéristiques correspondant aux halles de gare. Ce résultat va maintenant être confronté à la littérature.
### 3.3. Revue de littérature sur les propriétés du fer puddlé et de l'acier doux

#### 3.3.1. Propriétés mécaniques du fer puddlé

Le fer puddlé a fait l'objet de plusieurs études récentes car ses propriétés sont plus éloignées de l'acier moderne que l'acier doux. Les propriétés mécaniques du fer puddlé sont très variables et dépendent en outre de plusieurs paramètres, dont notamment le sens du laminage. Des campagnes d'essais historiques et récentes ont montré que le fer puddlé a de meilleures propriétés dans le sens du laminage que perpendiculairement à celui-ci. Cette anisotropie s'explique par le phénomène de délaminage local qui se produit lorsque le fer est sollicité perpendiculairement au sens du laminage, c'est-à-dire perpendiculairement au sens des inclusions allongées. Cela le rend moins résistant dans cette direction orthogonale que dans le sens du laminage.

(Gallegos Mayorga, 2016) a réalisé des essais de traction pour plusieurs orientations d'éprouvette et conclu que la résistance limite du fer puddlé décroît de manière quasi-linéaire avec la direction du chargement par rapport à l'orientation du laminage. La résistance perpendiculairement au sens du laminage est d'environ 10-15 % inférieure à la résistance dans le sens du laminage.

(O'Sullivan, 2013) a compilé les résultats de 550 tests en traction dans le sens du laminage et 115 perpendiculairement à celui-ci et montré qu'en moyenne les tôles en fer puddlé ont une limite élastique 15% plus grande dans le sens du laminage. (Gallegos Mayorga, 2016) n'observe quant à elle pas de différence de limite élastique selon l'angle.

(Moy, Clarke and Bright, 2009) ont rassemblé des données résultant de 329 essais de traction sur des échantillons de fer puddlé provenant de ponts du réseau ferré britannique et réalisé une analyse statistique concernant le module d'Young, la résistance à la rupture et la limite élastique à 0,2% de déformation (Figure 4). Des valeurs caractéristiques pour la limite élastique et la résistance en traction, dans le sens du
### 3.3. Revue de littérature sur les propriétés du fer puddlé et de l'acier doux

#### 3.3.1. Propriétés mécaniques du fer puddlé

Le fer puddlé a fait l'objet de plusieurs études récentes car ses propriétés sont plus éloignées de l'acier moderne que l'acier doux. Les propriétés mécaniques du fer puddlé sont très variables et dépendent en outre de plusieurs paramètres, dont notamment le sens du laminage. Des campagnes d'essais historiques et récentes ont montré que le fer puddlé a de meilleures propriétés dans le sens du laminage que perpendiculairement à celui-ci. Cette anisotropie s'explique par le phénomène de délaminage local qui se produit lorsque le fer est sollicité perpendiculairement au sens du laminage, c'est-à-dire perpendiculairement au sens des inclusions allongées. Cela le rend moins résistant dans cette direction orthogonale que dans le sens du laminage.

(Gallegos Mayorga, 2016) a réalisé des essais de traction pour plusieurs orientations d'éprouvette et conclu que la résistance limite du fer puddlé décroît de manière quasi-linéaire avec la direction du chargement par rapport à l'orientation du laminage. La résistance perpendiculairement au sens du laminage est d'environ 10-15 % inférieure à la résistance dans le sens du laminage.

(O'Sullivan, 2013) a compilé les résultats de 550 tests en traction dans le sens du laminage et 115 perpendiculairement à celui-ci et montré qu'en moyenne les tôles en fer puddlé ont une limite élastique 15% plus grande dans le sens du laminage. (Gallegos Mayorga, 2016) n'observe quant à elle pas de différence de limite élastique selon l'angle.

(Moy, Clarke and Bright, 2009) ont rassemblé des données résultant de 329 essais de traction sur des échantillons de fer puddlé provenant de ponts du réseau ferré britannique et réalisé une analyse statistique concernant le module d'Young, la résistance à la rupture et la limite élastique à 0,2% de déformation (Figure 4). Des valeurs caractéristiques pour la limite élastique et la résistance en traction, dans le sens du
laminage et perpendiculairement à celui-ci, sont calculées selon la formule fournie par la
norme britannique BS2846 de 1975 ‘The Assessment of Highway Bridges and
Structures’. Comme valeurs pertinentes pour les calculs - pour lesquels le fer est
généralement sollicité dans le sens du laminage -, on pourrait ainsi retenir une limite
élastique à 200 MPa (valeur caractéristique) et un module d'Young à 210 GPa (valeur
moyenne).

3.3.2. Recommandations du JRC

Le JRC (Joint Research Center) est le service scientifique interne de la Commission
européenne. Il réalise des recherches et fournit des conseils scientifiques indépendants
qui étayent l’élaboration des politiques de l’Union Européenne. En 2008, le JRC a publié
un rapport sur l’évaluation de constructions en acier existantes, concentré sur la fatigue
des ponts anciens, en vue du développement des Eurocodes (Kühn, 2008). Les propriétés
mécaniques de l’acier doux de la fin du 19ème siècle et du début du 20ème siècle
présentent comme le fer puddlé une assez grande variabilité. Le rapport fait état du fait
que les essais mécaniques sur les structures existantes sont coûteux et parfois néfastes
pour la structure en raison de leur caractère destructif. Des essais mécaniques sur des
échantillons de la structure considérée ne sont nécessaires que dans les rares cas où les
valeurs statistiques disponibles concernant le matériau en présence conduisent à des
résultats trop conservateurs. Le rapport souligne qu’une grande quantité de données sur
les métaux utilisés au 19ème et début du 20ème siècle a été rassemblée dans la littérature et
constitue ainsi une population statistique homogène dont il est possible d’extraire des
valeurs caractéristiques. En s’appuyant sur des données collectées à partir de spécimens
de ponts rivetés, le rapport recommande ainsi d’utiliser comme valeurs caractéristiques
de la limite élastique :
laminage et perpendiculairement à celui-ci, sont calculées selon la formule fournie par la
norme britannique BS2846 de 1975 ‘The Assessment of Highway Bridges and
Structures’. Comme valeurs pertinentes pour les calculs - pour lesquels le fer est
généralement sollicité dans le sens du laminage -, on pourrait ainsi retenir une limite
élastique à 200 MPa (valeur caractéristique) et un module d'Young à 210 GPa (valeur
moyenne).

3.3.2. Recommandations du JRC

Le JRC (Joint Research Center) est le service scientifique interne de la Commission
européenne. Il réalise des recherches et fournit des conseils scientifiques indépendants
qui étayent l’élaboration des politiques de l’Union Européenne. En 2008, le JRC a publié
un rapport sur l’évaluation de constructions en acier existantes, concentré sur la fatigue
des ponts anciens, en vue du développement des Eurocodes (Kühn, 2008). Les propriétés
mécaniques de l’acier doux de la fin du 19ème siècle et du début du 20ème siècle
présentent comme le fer puddlé une assez grande variabilité. Le rapport fait état du fait
que les essais mécaniques sur les structures existantes sont coûteux et parfois néfastes
pour la structure en raison de leur caractère destructif. Des essais mécaniques sur des
échantillons de la structure considérée ne sont nécessaires que dans les rares cas où les
valeurs statistiques disponibles concernant le matériau en présence conduisent à des
résultats trop conservateurs. Le rapport souligne qu’une grande quantité de données sur
les métaux utilisés au 19ème et début du 20ème siècle a été rassemblée dans la littérature et
constitue ainsi une population statistique homogène dont il est possible d’extraire des
valeurs caractéristiques. En s’appuyant sur des données collectées à partir de spécimens
de ponts rivetés, le rapport recommande ainsi d’utiliser comme valeurs caractéristiques
de la limite élastique :
* Fer puddlé : $f_y$ = 200 MPa

* Acier doux : $f_y$ = 230 MPa

La valeur recommandée pour le fer puddlé correspond à celle calculée par (Moy, Clarke and Bright, 2009). Le module d'élasticité recommandé toutes nuances confondues est de 210 GPa.

### 3.4. Conclusions sur une utilisation adaptée des diagnostics de matériaux

Les diagnostics de matériaux réalisés sur des halles de gare sont en concordance avec des études récentes de la littérature : les résultats des essais mécaniques réalisés sur des échantillons *a priori* du même matériau, que ce soit sur des structures différentes ou au sein d'une même structure, sont extrêmement dispersés. Il apparaît ainsi que des valeurs isolées de propriétés mécaniques, issues de quelques essais réalisés sur les prélèvements d'une structure, ne permettent pas d'extraire de manière fiable des valeurs nominales pour les calculs.

Le rapport du JRC recommande, dans le cas de la vérification structurelle de ponts rivetés anciens, d'utiliser des valeurs statistiques issues de la littérature plutôt que de procéder à de nouveaux essais destructifs sur la structure étudiée. Quelques prélèvements peuvent néanmoins être réalisés pour déterminer, par des analyses chimiques ou métallographiques, la nature du matériau et pouvoir déduire les propriétés mécaniques correspondantes de la littérature. Cette approche peut être appliquée à d'autres structures que les ponts rivetés, notamment les halles de gare.

En conclusion, il paraît plus pertinent, dans le cadre de projets de rénovation de halles de gare, de réaliser des diagnostics de matériaux uniquement pour déterminer le ou les matériaux en présence (fer puddlé ou acier doux), si l'on ne dispose pas de documents d'archives qui en attestent, et de limiter ainsi le nombre de prélèvements. Les valeurs
* Fer puddlé : $f_y$ = 200 MPa

* Acier doux : $f_y$ = 230 MPa

La valeur recommandée pour le fer puddlé correspond à celle calculée par (Moy, Clarke and Bright, 2009). Le module d'élasticité recommandé toutes nuances confondues est de 210 GPa.

### 3.4. Conclusions sur une utilisation adaptée des diagnostics de matériaux

Les diagnostics de matériaux réalisés sur des halles de gare sont en concordance avec des études récentes de la littérature : les résultats des essais mécaniques réalisés sur des échantillons *a priori* du même matériau, que ce soit sur des structures différentes ou au sein d'une même structure, sont extrêmement dispersés. Il apparaît ainsi que des valeurs isolées de propriétés mécaniques, issues de quelques essais réalisés sur les prélèvements d'une structure, ne permettent pas d'extraire de manière fiable des valeurs nominales pour les calculs.

Le rapport du JRC recommande, dans le cas de la vérification structurelle de ponts rivetés anciens, d'utiliser des valeurs statistiques issues de la littérature plutôt que de procéder à de nouveaux essais destructifs sur la structure étudiée. Quelques prélèvements peuvent néanmoins être réalisés pour déterminer, par des analyses chimiques ou métallographiques, la nature du matériau et pouvoir déduire les propriétés mécaniques correspondantes de la littérature. Cette approche peut être appliquée à d'autres structures que les ponts rivetés, notamment les halles de gare.

En conclusion, il paraît plus pertinent, dans le cadre de projets de rénovation de halles de gare, de réaliser des diagnostics de matériaux uniquement pour déterminer le ou les matériaux en présence (fer puddlé ou acier doux), si l'on ne dispose pas de documents d'archives qui en attestent, et de limiter ainsi le nombre de prélèvements. Les valeurs
caractéristiques de limite élastique issues de la littérature, par exemple celles préconisées par le rapport du JRC, pour le fer puddlé et l'acier doux respectivement, peuvent ensuite être utilisées.

# 4. Exploitation d'archives historiques

## 4.1. Contraintes limites employées au 19ème et début du 20ème siècle

### 4.1.1. Cas général

Au 19ème siècle, l'usage croissant du fer puddlé, puis de l'acier doux, s'accompagnait de nombreuses campagnes expérimentales visant à évaluer leurs propriétés mécaniques, comme les limites d'élasticité et de résistance à la traction, et de développements théoriques visant à définir des contraintes limites, notées $\sigma_{lim}$ dans cet article, issues de ces propriétés mécaniques, c'est-à-dire des contraintes maximales autorisées lors de calculs de dimensionnement (Timoshenko, 1953)<fnref n="1" />. Il s'agissait de diviser la limite élastique ou la limite de résistance à la traction par un facteur de sécurité tenant compte de toutes les incertitudes liées au chargement, aux imperfections du matériau, aux erreurs de calcul, etc. En l'absence de cadre normatif strict, le choix du facteur de sécurité, ou de la contrainte limite en résultant, dépendait énormément de l'expérience et des connaissances du concepteur, ainsi que de l'aversion au risque du client (Werner and Seidel, 1992)<fnref n="2" />. Les auteurs de cet article ont précédemment mis en évidence qu'il existait des différences importantes entre les valeurs de contrainte limite recommandées dans la littérature de l'époque, celles préconisées par les règlements publiés progressivement à partir de la deuxième moitié du 19ème siècle, et les valeurs effectivement utilisées en

<footnote n="1">¹ En anglais, les contraintes limites sont appelées « allowable stress » ou « working stress ».</footnote>

<footnote n="2">² En allemand, les contraintes limites sont appelées « zulässige Spannungen », littéralement « contraintes autorisées ».</footnote>
caractéristiques de limite élastique issues de la littérature, par exemple celles préconisées par le rapport du JRC, pour le fer puddlé et l'acier doux respectivement, peuvent ensuite être utilisées.

# 4. Exploitation d'archives historiques

## 4.1. Contraintes limites employées au 19ème et début du 20ème siècle

### 4.1.1. Cas général

Au 19ème siècle, l'usage croissant du fer puddlé, puis de l'acier doux, s'accompagnait de nombreuses campagnes expérimentales visant à évaluer leurs propriétés mécaniques, comme les limites d'élasticité et de résistance à la traction, et de développements théoriques visant à définir des contraintes limites, notées $\sigma_{lim}$ dans cet article, issues de ces propriétés mécaniques, c'est-à-dire des contraintes maximales autorisées lors de calculs de dimensionnement (Timoshenko, 1953)<fnref n="1" />. Il s'agissait de diviser la limite élastique ou la limite de résistance à la traction par un facteur de sécurité tenant compte de toutes les incertitudes liées au chargement, aux imperfections du matériau, aux erreurs de calcul, etc. En l'absence de cadre normatif strict, le choix du facteur de sécurité, ou de la contrainte limite en résultant, dépendait énormément de l'expérience et des connaissances du concepteur, ainsi que de l'aversion au risque du client (Werner and Seidel, 1992)<fnref n="2" />. Les auteurs de cet article ont précédemment mis en évidence qu'il existait des différences importantes entre les valeurs de contrainte limite recommandées dans la littérature de l'époque, celles préconisées par les règlements publiés progressivement à partir de la deuxième moitié du 19ème siècle, et les valeurs effectivement utilisées en

<footnote n="1">¹ En anglais, les contraintes limites sont appelées « allowable stress » ou « working stress ».</footnote>

<footnote n="2">² En allemand, les contraintes limites sont appelées « zulässige Spannungen », littéralement « contraintes autorisées ».</footnote>
pratique par les ingénieurs (Franz et al., 2022). Par conséquent, chaque pont, chaque
halle, est susceptible d'avoir été dimensionné avec une contrainte limite spécifique, qu'on
ne peut pas déduire simplement de la date de construction de la structure ou même de
l'entreprise de construction l'ayant dimensionnée. A partir d'une revue de littérature, des
tendances ont néanmoins pu être établies (Franz et al., 2022). Pour le fer puddlé, la
contrainte limite par défaut employée par les concepteurs tout au long de la période
d'emploi de ce matériau a été de 6 kg/mm² (unité favorisée dans la littérature historique)
soit 60 MPa (unité favorisée dans les Eurocodes) (Figure 5(a)). Cependant, la contrainte
limite dépendait des charges prises en compte. Si le concepteur intérait des charges
autres que le poids, comme le vent ou la neige, dans le calcul des efforts, il pouvait
s'autoriser des contraintes limites plus importantes. Par ailleurs, la contrainte limite
pouvait être accrue, jusqu'à 100 ou 120 MPa, sous certaines conditions. Plus de souplesse
pouvait être accordée pour le dimensionnement d'une halle industrielle que pour un pont,
car les critères de longévité, les conditions de maintenance et les conséquences d'un
sinistre étaient différentes. L'expérience du concepteur était également un argument pour
réduire les facteurs de sécurité. Pour l'acier doux, les contraintes limites recommandées
dans la littérature variaient beaucoup plus que pour le fer puddlé, peut-être parce que les
nuances d'acier étaient plus mal définies (Figure 5(b)). Les règlements étaient
généralement en phase avec la littérature.

L'article (Franz et al., 2022) met également en évidence que par opposition à une
littérature relativement homogène concernant les contraintes limites d'éléments en
traction, décrites ci-dessus, les approches étaient beaucoup plus discordantes concernant
le dimensionnement d'éléments en compression, exposés au flambement. Deux écoles
s'opposaient quant à la détermination de la contrainte limite « critique », à partir de
laquelle une barre fléchit sous l'effet d'un effort de compression. Cette contrainte ne
pratique par les ingénieurs (Franz et al., 2022). Par conséquent, chaque pont, chaque
halle, est susceptible d'avoir été dimensionné avec une contrainte limite spécifique, qu'on
ne peut pas déduire simplement de la date de construction de la structure ou même de
l'entreprise de construction l'ayant dimensionnée. A partir d'une revue de littérature, des
tendances ont néanmoins pu être établies (Franz et al., 2022). Pour le fer puddlé, la
contrainte limite par défaut employée par les concepteurs tout au long de la période
d'emploi de ce matériau a été de 6 kg/mm² (unité favorisée dans la littérature historique)
soit 60 MPa (unité favorisée dans les Eurocodes) (Figure 5(a)). Cependant, la contrainte
limite dépendait des charges prises en compte. Si le concepteur intérait des charges
autres que le poids, comme le vent ou la neige, dans le calcul des efforts, il pouvait
s'autoriser des contraintes limites plus importantes. Par ailleurs, la contrainte limite
pouvait être accrue, jusqu'à 100 ou 120 MPa, sous certaines conditions. Plus de souplesse
pouvait être accordée pour le dimensionnement d'une halle industrielle que pour un pont,
car les critères de longévité, les conditions de maintenance et les conséquences d'un
sinistre étaient différentes. L'expérience du concepteur était également un argument pour
réduire les facteurs de sécurité. Pour l'acier doux, les contraintes limites recommandées
dans la littérature variaient beaucoup plus que pour le fer puddlé, peut-être parce que les
nuances d'acier étaient plus mal définies (Figure 5(b)). Les règlements étaient
généralement en phase avec la littérature.

L'article (Franz et al., 2022) met également en évidence que par opposition à une
littérature relativement homogène concernant les contraintes limites d'éléments en
traction, décrites ci-dessus, les approches étaient beaucoup plus discordantes concernant
le dimensionnement d'éléments en compression, exposés au flambement. Deux écoles
s'opposaient quant à la détermination de la contrainte limite « critique », à partir de
laquelle une barre fléchit sous l'effet d'un effort de compression. Cette contrainte ne
dépend pas que des propriétés du matériau : la géométrie de la barre, sa longueur et sa section, rentrent aussi en ligne de compte. Pour calculer la contrainte « critique », certains auteurs cherchaient à s’appuyer sur des développements théoriques de la formule d’Euler introduite à la fin du 18ème siècle tandis que d’autres dérivaient des formules empiriques, sous le format qui gardera le nom de « formule de Rankine ». Le flambement ne fut pas pris en considération dans les premiers règlements concernant les ponts métalliques, publiés en 1869 et 1877. Ce n’est qu’en 1891 que la révision de la circulaire sur les ponts métalliques imposa de vérifier que les éléments n’étaient pas exposés à flamber, sans toutefois préciser de méthode de dimensionnement.

### 4.1.2. Le cas des halles de gare

Le premier règlement concernant le dimensionnement des halles de gare est paru en 1902 ('Circulaire du ministre des travaux publics aux préfets du 25 janvier 1902 (Halles à voyageurs et à marchandises des chemins de fer)', 1904) et a fait l'objet de quelques révisions en 1903. Ce règlement recommandait les limites suivantes :

* Fer : $\sigma_{lim} = 8 \text{ kg/mm}^2 = 80 \text{ MPa}$

* Acier : $\sigma_{lim} = 10 \text{ kg/mm}^2 = 100 \text{ MPa}$

Ces limites s'appliquaient à des efforts calculés à partir des charges de poids de la structure et de la toiture et des charges de neige et de vent. Le règlement associait ces valeurs « nominales » à des prérequis concernant l'allongement de rupture et la limite de la résistance à la traction des matériaux, ce qui se rapproche d'une norme de fabrication. Par exemple la contrainte limite définie pour l'acier était valable si les éprouvettes testées avaient un allongement minimum de rupture de 22% et une résistance minimum de 420 MPa.

Cependant, à partir de notes de calcul rassemblées pour 9 GHV historiques, avec des dates de construction réparties entre 1852 et 1931, les auteurs de cet article ont montré
dépend pas que des propriétés du matériau : la géométrie de la barre, sa longueur et sa section, rentrent aussi en ligne de compte. Pour calculer la contrainte « critique », certains auteurs cherchaient à s’appuyer sur des développements théoriques de la formule d’Euler introduite à la fin du 18ème siècle tandis que d’autres dérivaient des formules empiriques, sous le format qui gardera le nom de « formule de Rankine ». Le flambement ne fut pas pris en considération dans les premiers règlements concernant les ponts métalliques, publiés en 1869 et 1877. Ce n’est qu’en 1891 que la révision de la circulaire sur les ponts métalliques imposa de vérifier que les éléments n’étaient pas exposés à flamber, sans toutefois préciser de méthode de dimensionnement.

### 4.1.2. Le cas des halles de gare

Le premier règlement concernant le dimensionnement des halles de gare est paru en 1902 ('Circulaire du ministre des travaux publics aux préfets du 25 janvier 1902 (Halles à voyageurs et à marchandises des chemins de fer)', 1904) et a fait l'objet de quelques révisions en 1903. Ce règlement recommandait les limites suivantes :

* Fer : $\sigma_{lim} = 8 \text{ kg/mm}^2 = 80 \text{ MPa}$

* Acier : $\sigma_{lim} = 10 \text{ kg/mm}^2 = 100 \text{ MPa}$

Ces limites s'appliquaient à des efforts calculés à partir des charges de poids de la structure et de la toiture et des charges de neige et de vent. Le règlement associait ces valeurs « nominales » à des prérequis concernant l'allongement de rupture et la limite de la résistance à la traction des matériaux, ce qui se rapproche d'une norme de fabrication. Par exemple la contrainte limite définie pour l'acier était valable si les éprouvettes testées avaient un allongement minimum de rupture de 22% et une résistance minimum de 420 MPa.

Cependant, à partir de notes de calcul rassemblées pour 9 GHV historiques, avec des dates de construction réparties entre 1852 et 1931, les auteurs de cet article ont montré
que les contraintes limites employées dans la pratique par les concepteurs de halles de gare dépassaient, parfois largement, les valeurs les plus élevées recommandées dans la littérature et les règlements (Figure 5) (Franz et al., 2022). Cela peut s'expliquer par le fait que les halles de gare étaient utilisées par les compagnies ferroviaires comme des vitrines de leur puissance et leur prospérité et que les concepteurs étaient ainsi encouragés à repousser les limites du savoir-faire commun pour produire des structures grandioses. Les moyens mis en jeu étaient également plus importants que pour une structure classique et les halles de gare faisaient l'objet d'essais de chargement, appelés « épreuves mécaniques », qui permettaient de réduire les incertitudes et donc la marge de sécurité à intégrer aux calculs.

Par ailleurs, les notes de calcul historiques rassemblées par les auteurs ne considèrent pas les problèmes de flambement, ou alors de manière très superficielle. Une note de calcul, rédigée en 1880 pour la conception de la Gare d'Hendaye, justifie de ne pas tenir compte du flambement pour certains éléments en compression en argumentant que leur élancement est suffisamment faible. Une autre note, rédigée en 1896 pour la Gare de Bordeaux St-Jean, ne fait aucune vérification explicite du flambement mais il est précisé pour certains éléments, travaillant en compression, qu'ils ont été dimensionnés de sorte que leur taux de travail soit « volontairement faible ». Cela signifie que les concepteurs avaient intégré à leur contrainte limite, sans la définir explicitement, une marge de sécurité associée au risque de flambement.

Le risque de flambement n'était pas rigoureusement pris en compte dans les calculs mais engendraient des mesures de prévention constructives. Au sein des poutres treillis constituant des pannes par exemple, les diagonales en compression les plus proches des appuis, et donc les plus chargées, présentent souvent une section plus importante que les autres, soit par la mise en œuvre de doubles-plats au lieu de plats
que les contraintes limites employées dans la pratique par les concepteurs de halles de
gare dépassaient, parfois largement, les valeurs les plus élevées recommandées dans la
littérature et les règlements (Figure 5) (Franz et al., 2022). Cela peut s'expliquer par le
fait que les halles de gare étaient utilisées par les compagnies ferroviaires comme des
vitrines de leur puissance et leur prospérité et que les concepteurs étaient ainsi encouragés
à repousser les limites du savoir-faire commun pour produire des structures grandioses.
Les moyens mis en jeu étaient également plus importants que pour une structure classique
et les halles de gare faisaient l'objet d'essais de chargement, appelés « épreuves
mécaniques », qui permettaient de réduire les incertitudes et donc la marge de sécurité à
intégrer aux calculs.

Par ailleurs, les notes de calcul historiques rassemblées par les auteurs ne
considèrent pas les problèmes de flambement, ou alors de manière très superficielle. Une
note de calcul, rédigée en 1880 pour la conception de la Gare d'Hendaye, justifie de ne
pas tenir compte du flambement pour certains éléments en compression en argumentant
que leur élancement est suffisamment faible. Une autre note, rédigée en 1896 pour la Gare
de Bordeaux St-Jean, ne fait aucune vérification explicite du flambement mais il est
précisé pour certains éléments, travaillant en compression, qu'ils ont été dimensionnés de
sorte que leur taux de travail soit « volontairement faible ». Cela signifie que les
concepteurs avaient intégré à leur contrainte limite, sans la définir explicitement, une
marge de sécurité associée au risque de flambement.

Le risque de flambement n'était pas rigoureusement pris en compte dans les
calculs mais engendraient des mesures de prévention constructives. Au sein des poutres
treillis constituant des pannes par exemple, les diagonales en compression les plus
proches des appuis, et donc les plus chargées, présentent souvent une section plus
importante que les autres, soit par la mise en œuvre de doubles-plats au lieu de plats
simples, soit par l'ajout de plats rivetés. Cela indique que les concepteurs avaient cherché
à rendre ces diagonales plus rigides, pour les empêcher de flamber.

4.2. Lien entre contrainte limite et dimensionnement selon l'Eurocode

Comme évoqué dans l'introduction, la contrainte limite employée au 19ème siècle intégrait
tous les facteurs de sécurité, tandis que dans le concept d'états limites des Eurocodes
aujourd'hui, des coefficients de sécurité sont appliqués à la fois aux charges et à la
résistance. La contrainte limite dépendait également des charges considérées, or les
hypothèses concernant la neige et le vent ont évolué. Par ailleurs la contrainte limite tenait
parfois implicitement compte du flambement, comme dans l'exemple de la Gare de
Bordeaux St-Jean, mentionné ci-dessus, et s'appliquait à tous les éléments de la structure,
alors que le risque de flambement dépend en réalité de la géométrie des éléments.
L'Eurocode NF EN 1993-1-1, consacré au calcul des structures en acier pour les
bâtiments, détaille deux méthodes de vérification bien distinctes selon qu'une barre
travaille en traction ou en compression.

Il apparaît donc que déduire une valeur caractéristique de limite élastique d'une
contrainte limite, en vue de réaliser une vérification structurelle selon l'Eurocode, est un
processus hasardeux. Les notes de calcul historiques ne sont pas inutiles pour autant. Une
note de calcul d'origine peut renseigner sur les éléments qui présentent *a priori* de grandes
réserves de charge ou ceux qui ont été dimensionnés au plus juste. En outre, la contrainte
limite employée, comparée aux recommandations de la littérature de l'époque, renseigne
sur la qualité du matériau mis en œuvre. Par exemple, dans une note de calcul rédigée en
1892 pour la Gare de Marseille St Charles, certains éléments sont dimensionnés avec une
contrainte atteignant 143,8 MPa. Cette valeur élevée, associée à la date de construction
relativement tardive, indique qu'il s'agit très probablement d'acier doux et non de fer
simples, soit par l'ajout de plats rivetés. Cela indique que les concepteurs avaient cherché
à rendre ces diagonales plus rigides, pour les empêcher de flamber.

4.2. Lien entre contrainte limite et dimensionnement selon l'Eurocode

Comme évoqué dans l'introduction, la contrainte limite employée au 19ème siècle intégrait
tous les facteurs de sécurité, tandis que dans le concept d'états limites des Eurocodes
aujourd'hui, des coefficients de sécurité sont appliqués à la fois aux charges et à la
résistance. La contrainte limite dépendait également des charges considérées, or les
hypothèses concernant la neige et le vent ont évolué. Par ailleurs la contrainte limite tenait
parfois implicitement compte du flambement, comme dans l'exemple de la Gare de
Bordeaux St-Jean, mentionné ci-dessus, et s'appliquait à tous les éléments de la structure,
alors que le risque de flambement dépend en réalité de la géométrie des éléments.
L'Eurocode NF EN 1993-1-1, consacré au calcul des structures en acier pour les
bâtiments, détaille deux méthodes de vérification bien distinctes selon qu'une barre
travaille en traction ou en compression.

Il apparaît donc que déduire une valeur caractéristique de limite élastique d'une
contrainte limite, en vue de réaliser une vérification structurelle selon l'Eurocode, est un
processus hasardeux. Les notes de calcul historiques ne sont pas inutiles pour autant. Une
note de calcul d'origine peut renseigner sur les éléments qui présentent *a priori* de grandes
réserves de charge ou ceux qui ont été dimensionnés au plus juste. En outre, la contrainte
limite employée, comparée aux recommandations de la littérature de l'époque, renseigne
sur la qualité du matériau mis en œuvre. Par exemple, dans une note de calcul rédigée en
1892 pour la Gare de Marseille St Charles, certains éléments sont dimensionnés avec une
contrainte atteignant 143,8 MPa. Cette valeur élevée, associée à la date de construction
relativement tardive, indique qu'il s'agit très probablement d'acier doux et non de fer
puddlé. Cette valeur est de surcroît bien supérieure aux valeurs recommandées pour l'acier doux dans la littérature et les règlements de l'époque. Cela suggère que l'acier utilisé était de qualité supérieure et que ses propriétés mécaniques sont donc particulièrement bonnes. Enfin, la comparaison des taux de travail obtenus dans une note de calcul d'origine et de ceux calculés selon l'Eurocode, avec une limite élastique choisie, permet de mettre en perspective dans quelle mesure et pour quelles raisons les nouveaux calculs sont sécuritaires par rapport au dimensionnement historique.

**5. Conclusion**

Dans le cadre de projets de rénovation de structures à charpente métallique ancienne, datant du 19ème et début du 20ème siècle, la connaissance de la nature des matériaux en présence et de leurs propriétés mécaniques est essentielle pour définir une résistance de calcul permettant d'évaluer la capacité portante de la structure selon nos normes actuelles.

Cet article s'est appuyé sur l'exploitation de la littérature historique et de la littérature récente pour mettre en lumière les apports et les limitations des diagnostics de matériaux et des notes de calcul d'origine d'une structure dans la pratique de rénovation des ingénieurs. Des pistes ont été suggérées pour exploiter ces sources de manière adéquate, en s'appuyant sur l'exemple des halles de gare. Les diagnostics de matériaux ayant un caractère destructif, il convient de limiter les prélèvements à ce qui est nécessaire pour déterminer la nature du matériau. Des essais mécaniques ne semblent pas pertinents pour caractériser les propriétés mécaniques du matériau car ils n'ont pas de représentativité statistique. Des valeurs nominales de limite d'élasticité (ou de résistance à la traction) issues de la littérature récente sont à utiliser de préférence, typiquement $f_y = 200$ MPa pour le fer puddlé et $f_y = 230$ MPa pour l'acier doux. Les sources historiques, quant à elles, peuvent indiquer des contraintes limites qui ne sont pas utilisables pour procéder à une vérification selon l'Eurocode car les concepts de dimensionnement et les hypothèses
puddlé. Cette valeur est de surcroît bien supérieure aux valeurs recommandées pour l'acier doux dans la littérature et les règlements de l'époque. Cela suggère que l'acier utilisé était de qualité supérieure et que ses propriétés mécaniques sont donc particulièrement bonnes. Enfin, la comparaison des taux de travail obtenus dans une note de calcul d'origine et de ceux calculés selon l'Eurocode, avec une limite élastique choisie, permet de mettre en perspective dans quelle mesure et pour quelles raisons les nouveaux calculs sont sécuritaires par rapport au dimensionnement historique.

## 5. Conclusion

Dans le cadre de projets de rénovation de structures à charpente métallique ancienne, datant du 19ème et début du 20ème siècle, la connaissance de la nature des matériaux en présence et de leurs propriétés mécaniques est essentielle pour définir une résistance de calcul permettant d'évaluer la capacité portante de la structure selon nos normes actuelles.

Cet article s'est appuyé sur l'exploitation de la littérature historique et de la littérature récente pour mettre en lumière les apports et les limitations des diagnostics de matériaux et des notes de calcul d'origine d'une structure dans la pratique de rénovation des ingénieurs. Des pistes ont été suggérées pour exploiter ces sources de manière adéquate, en s'appuyant sur l'exemple des halles de gare. Les diagnostics de matériaux ayant un caractère destructif, il convient de limiter les prélèvements à ce qui est nécessaire pour déterminer la nature du matériau. Des essais mécaniques ne semblent pas pertinents pour caractériser les propriétés mécaniques du matériau car ils n'ont pas de représentativité statistique. Des valeurs nominales de limite d'élasticité (ou de résistance à la traction) issues de la littérature récente sont à utiliser de préférence, typiquement $f_y = 200$ MPa pour le fer puddlé et $f_y = 230$ MPa pour l'acier doux. Les sources historiques, quant à elles, peuvent indiquer des contraintes limites qui ne sont pas utilisables pour procéder à une vérification selon l'Eurocode car les concepts de dimensionnement et les hypothèses
de chargement ont trop évolué. Les notes de calcul historiques, situées dans le contexte
de la littérature de l'époque, peuvent néanmoins fournir des informations sur la qualité
du matériau utilisé, sur les marges de sécurité incluses à l'origine dans le
dimensionnement ou sur les éléments les plus chargés. Elles permettent également, par
comparaison, d'évaluer la pertinence des résultats de calcul menés avec les règles de
dimensionnement actuelles.

Des études de cas devront permettre d'appréhender comment intégrer les
réflexions présentées dans cet article dans le cadre normatif en évolution concernant
l'évaluation et la rénovation des structures existantes, dont en particulier la norme
expérimentale CEN/TS 17440 (AFNOR, 2020). Cette contribution concernant les
résistances de calcul s'inscrit dans un travail de recherche plus large. En utilisant le
vocabulaire de la norme CEN/TS 17440, la recherche en cours vise à améliorer
l'évaluation de la capacité portante des charpentes métalliques anciennes, en s'intéressant
non seulement aux « variables de base », dont les propriétés des matériaux et les
chargements, mais aussi à « la modélisation et l'analyse structurale » et aux « méthodes
de vérification ». L'ambition est de développer une évaluation par le calcul moins
conservative, qui permette de limiter les renforts à mettre en œuvre lors d'une rénovation
et de préserver la qualité patrimoniale des structures.

6. Remerciements

La recherche présentée dans cet article est financée dans le cadre d'une thèse CIFRE par
AREP, filiale de la SNCF, et l'Association Nationale de la Recherche et la Technologie
(ANRT). Elle est également soutenue par une bourse d'études de l'association Rails &
Histoire.
de chargement ont trop évolué. Les notes de calcul historiques, situées dans le contexte
de la littérature de l'époque, peuvent néanmoins fournir des informations sur la qualité
du matériau utilisé, sur les marges de sécurité incluses à l'origine dans le
dimensionnement ou sur les éléments les plus chargés. Elles permettent également, par
comparaison, d'évaluer la pertinence des résultats de calcul menés avec les règles de
dimensionnement actuelles.

Des études de cas devront permettre d'appréhender comment intégrer les
réflexions présentées dans cet article dans le cadre normatif en évolution concernant
l'évaluation et la rénovation des structures existantes, dont en particulier la norme
expérimentale CEN/TS 17440 (AFNOR, 2020). Cette contribution concernant les
résistances de calcul s'inscrit dans un travail de recherche plus large. En utilisant le
vocabulaire de la norme CEN/TS 17440, la recherche en cours vise à améliorer
l'évaluation de la capacité portante des charpentes métalliques anciennes, en s'intéressant
non seulement aux « variables de base », dont les propriétés des matériaux et les
chargements, mais aussi à « la modélisation et l'analyse structurale » et aux « méthodes
de vérification ». L'ambition est de développer une évaluation par le calcul moins
conservative, qui permette de limiter les renforts à mettre en œuvre lors d'une rénovation
et de préserver la qualité patrimoniale des structures.

6. Remerciements

La recherche présentée dans cet article est financée dans le cadre d'une thèse CIFRE par
AREP, filiale de la SNCF, et l'Association Nationale de la Recherche et la Technologie
(ANRT). Elle est également soutenue par une bourse d'études de l'association Rails &
Histoire.
## 7. Références

AFNOR (2003), *Eurocodes structuraux - Bases de calcul des structures*, Norme française NF EN 1990.

AFNOR (2005), *Calcul des structures en acier. Partie 1-1 : règles générales et règles pour les bâtiments*, Norme française NF EN 1993-1-1.

AFNOR (2020), *Evaluation et rénovation des structures existantes*, Norme expérimentale XP CEN/TS 17440.

Bates, W. (1984), *Historical structural steelwork handbook*, London: British Constructional Steelwork Association.

de Bouw, M. et al. (2009), « Iron and steel varieties in building industry between 1860 and 1914 – A complex and confusing situation resolved », *Construction and Building Materials*, 23(8), p. 2775-2787.

Bowie, K. (2009), « La quête des sources : les différents types de documents et de fonds disponibles », *Revue d'Histoire des Chemins de Fer*, (40), p. 17-23.

« Circulaire du ministre des travaux publics aux préfets du 25 janvier 1902 (Halles à voyageurs et à marchandises des chemins de fer) », (1904), in *Recueil de lois, ordonnances, décrets, règlements et circulaires concernant les différents services du Ministère des travaux publics*. Imprimerie administrative Jousset, p. 47-52.

Considère, A. (1885), « Mémoire sur l'emploi du fer et de l'acier dans les constructions », *Annales des Ponts et Chaussées*, 6ème série, Tome 9(34), p. 574-775.

Emile, A. and Veston, V. (2020), « Les “Grandes Halles Voyageurs” : une architecture durable », *Patrimoine industriel*, (77), p. 75-83.

Franz, H. et al. (2022), « The gap between theory, practice and regulations in design criteria for iron and steel structures in 19th century France: the example of train sheds », in Campbell, WP, J. et al (eds), *Timber and Construction: Proceedings of the Ninth Conference of the Construction History Society*, Cambridge, Construction History Society, p. 287-300.

Gallegos Mayorga, L. (2016), *Contribution à la compréhension du comportement mécanique des assemblages rivetés anciens*, Thèse de doctorat, Université de Bretagne occidentale.

Kühn, B. (2008), *Assessment of Existing Steel Structures: Recommendations for Estimation of Remaining Fatigue Life*, JRC European Commission.

Lemoine, B. (1986), *L'Architecture du Fer : France ; XIX. siècle*, Seyssel, Champ Vallon (Collection milieux).

Memet, J.-B., Bayle, M. and de Viviès, P. (2021), « Le diagnostic des charpentes métalliques et le cas de la Bourse du Commerce », in M. Porrino (ed.), *Les matériaux métalliques : histoire d'une technique et sauvegarde du patrimoine du 19e siècle*, Paris, Infolio (Collection Archigraphy), p. 315-349.
## 7. Références

AFNOR (2003), *Eurocodes structuraux - Bases de calcul des structures*, Norme française NF EN 1990.

AFNOR (2005), *Calcul des structures en acier. Partie 1-1 : règles générales et règles pour les bâtiments*, Norme française NF EN 1993-1-1.

AFNOR (2020), *Evaluation et rénovation des structures existantes*, Norme expérimentale XP CEN/TS 17440.

Bates, W. (1984), *Historical structural steelwork handbook*, London: British Constructional Steelwork Association.

de Bouw, M. et al. (2009), « Iron and steel varieties in building industry between 1860 and 1914 – A complex and confusing situation resolved », *Construction and Building Materials*, 23(8), p. 2775-2787.

Bowie, K. (2009), « La quête des sources : les différents types de documents et de fonds disponibles », *Revue d'Histoire des Chemins de Fer*, (40), p. 17-23.

« Circulaire du ministre des travaux publics aux préfets du 25 janvier 1902 (Halles à voyageurs et à marchandises des chemins de fer) », (1904), in *Recueil de lois, ordonnances, décrets, règlements et circulaires concernant les différents services du Ministère des travaux publics*. Imprimerie administrative Jousset, p. 47-52.

Considère, A. (1885), « Mémoire sur l'emploi du fer et de l'acier dans les constructions », *Annales des Ponts et Chaussées*, 6ème série, Tome 9(34), p. 574-775.

Emile, A. and Veston, V. (2020), « Les “Grandes Halles Voyageurs” : une architecture durable », *Patrimoine industriel*, (77), p. 75-83.

Franz, H. et al. (2022), « The gap between theory, practice and regulations in design criteria for iron and steel structures in 19th century France: the example of train sheds », in Campbell, WP, J. et al (eds), *Timber and Construction: Proceedings of the Ninth Conference of the Construction History Society*, Cambridge, Construction History Society, p. 287-300.

Gallegos Mayorga, L. (2016), *Contribution à la compréhension du comportement mécanique des assemblages rivetés anciens*, Thèse de doctorat, Université de Bretagne occidentale.

Kühn, B. (2008), *Assessment of Existing Steel Structures: Recommendations for Estimation of Remaining Fatigue Life*, JRC European Commission.

Lemoine, B. (1986), *L'Architecture du Fer : France ; XIX. siècle*, Seyssel, Champ Vallon (Collection milieux).

Memet, J.-B., Bayle, M. and de Viviès, P. (2021), « Le diagnostic des charpentes métalliques et le cas de la Bourse du Commerce », in M. Porrino (ed.), *Les matériaux métalliques : histoire d'une technique et sauvegarde du patrimoine du 19e siècle*, Paris, Infolio (Collection Archigraphy), p. 315-349.
Moy, S., Clarke, H. and Bright, S. (2009), « The engineering properties of Victorian structural wrought iron », *Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Construction Materials*, 162(1), p. 1-10.

O'Sullivan, M. (2013), *Assessment Procedures for Structural Wrought Iron*, Thèse de doctorat, University of Manchester.

Schädlich, C. (2015), *Das Eisen in der Architektur des 19. Jahrhunderts*, Aachen, Geymüller Verlag für Architektur (Firmitas, Band 1).

Schueremans, L. et al. (2018), « A Study on the Evolution in Design and Calculation of Iron and Steel Structures over the Mid 19th Century in Western and Central Europe », *International Journal of Architectural Heritage*, 12(3), p. 320-333.

STRRES (2014), *Réparation et rénovation des structures métalliques*, Syndicat national des entrepreneurs spécialistes de travaux de réparation et renforcement de structures (STRRES), (FAME - Version 2).

Timoshenko, S. (1953), *History of Strength of Materials*, McGraw-Hill.

Werner, F. and Seidel, J. (1992), *Der Eisenbau: vom Werdegang einer Bauweise*, Berlin, Verl. für Bauwesen.
Moy, S., Clarke, H. and Bright, S. (2009), « The engineering properties of Victorian structural wrought iron », *Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Construction Materials*, 162(1), p. 1-10.

O'Sullivan, M. (2013), *Assessment Procedures for Structural Wrought Iron*, Thèse de doctorat, University of Manchester.

Schädlich, C. (2015), *Das Eisen in der Architektur des 19. Jahrhunderts*, Aachen, Geymüller Verlag für Architektur (Firmitas, Band 1).

Schueremans, L. et al. (2018), « A Study on the Evolution in Design and Calculation of Iron and Steel Structures over the Mid 19th Century in Western and Central Europe », *International Journal of Architectural Heritage*, 12(3), p. 320-333.

STRRES (2014), *Réparation et rénovation des structures métalliques*, Syndicat national des entrepreneurs spécialistes de travaux de réparation et renforcement de structures (STRRES), (FAME - Version 2).

Timoshenko, S. (1953), *History of Strength of Materials*, McGraw-Hill.

Werner, F. and Seidel, J. (1992), *Der Eisenbau: vom Werdegang einer Bauweise*, Berlin, Verl. für Bauwesen.
<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>(a)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>(b)</figcaption></figure>

Figure 1 : Example d'une halle de gare historique : la Gare de Perpignan (construite en 1896) (a) en février 2004, avant la rénovation de 2013. Photo : SNCF-AREP. D. Boy de la Tour ; (b) en avril 2013, après la rénovation. Photo : SNCF-AREP.
<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>(a)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>(b)</figcaption></figure>

Figure 1 : Example d'une halle de gare historique : la Gare de Perpignan (construite en 1896) (a) en février 2004, avant la rénovation de 2013. Photo : SNCF-AREP. D. Boy de la Tour ; (b) en avril 2013, après la rénovation. Photo : SNCF-AREP.
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2 : Microstructures caractéristiques de (a) la fonte, (b) le fer puddlé et (c) l'acier doux<fnref n="3" /></figcaption></figure>

<footnote n="3">³ (a) Extrait du diagnostic des matériaux de la Gare d'Angoulême réalisé par le LERM en 2012 (vue au microscope électronique à balayage, x100) ; (b) et (c) Extraits du diagnostic des matériaux de la Gare de Marseille St-Charles réalisé par A-Corros en 2017 (vue au microscope optique, x280).</footnote>
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2 : Microstructures caractéristiques de (a) la fonte, (b) le fer puddlé et (c) l'acier doux<fnref n="3" /></figcaption></figure>

<footnote n="3">³ (a) Extrait du diagnostic des matériaux de la Gare d'Angoulême réalisé par le LERM en 2012 (vue au microscope électronique à balayage, x100) ; (b) et (c) Extraits du diagnostic des matériaux de la Gare de Marseille St-Charles réalisé par A-Corros en 2017 (vue au microscope optique, x280).</footnote>
<figure><img src="image_4.png" /></figure>

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 3 : Résultats des essais mécaniques sur échantillons de GHV en fonction de leur année de construction : (a) limite élastique pour 0,2% de déformation R<sub>p</sub> ; (b) limite de résistance à la traction R<sub>m</sub> ; (c) allongement à la rupture A.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 3 : Résultats des essais mécaniques sur échantillons de GHV en fonction de leur année de construction : (a) limite élastique pour 0,2% de déformation R<sub>p</sub> ; (b) limite de résistance à la traction R<sub>m</sub> ; (c) allongement à la rupture A.</figcaption></figure>
<table><thead><tr><th></th><th>Mean value</th><th>Standard deviation</th><th>Lowest credible value</th><th>Characteristic value</th><th>Number of tests</th></tr></thead><tbody><tr><td>Yield stress in tension: N/mm<sup>2</sup></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain</td><td>250</td><td>29</td><td>190</td><td>198</td><td>329</td></tr><tr><td>Cross-grain</td><td>234</td><td>39</td><td>154</td><td>153</td><td>48</td></tr><tr><td>Ultimate tensile strength: N/mm<sup>2</sup></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain</td><td>348</td><td>36</td><td>232</td><td>283</td><td>329</td></tr><tr><td>Cross-grain*</td><td>285</td><td>27</td><td>243</td><td>221</td><td>22</td></tr><tr><td>Elastic modulus in tension: kN/mm<sup>2</sup></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain*</td><td>210</td><td>35</td><td>167</td><td>-</td><td>22</td></tr><tr><td>Cross-grain*</td><td>241</td><td>35</td><td>151</td><td>-</td><td>22</td></tr><tr><td>Elongation to failure: %</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain</td><td>15.0</td><td>7.0</td><td>4.0</td><td>-</td><td>329</td></tr><tr><td>Cross-grain*</td><td>1.36</td><td>0.76</td><td>0.38</td><td>-</td><td>22</td></tr><tr><td>Yield stress in compression: N/mm<sup>2</sup></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain*</td><td>208</td><td>17</td><td>152</td><td>161</td><td>12</td></tr><tr><td>Elastic modulus in compression: kN/mm<sup>2</sup></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain*</td><td>171</td><td>26</td><td>138</td><td>-</td><td>14</td></tr></tbody></table>

Figure 4 : Propriétés mécaniques du fer puddlé selon (Moy, Clarke and Bright, 2009).

Encadrés rouges : valeur caractéristique de la limite élastique et valeur moyenne du module élastique dans le sens du laminage, pertinentes pour les calculs.

<footnote>*Southampton tests only.</footnote>
<table><thead><tr><th></th><th>Mean value</th><th>Standard deviation</th><th>Lowest credible value</th><th>Characteristic value</th><th>Number of tests</th></tr></thead><tbody><tr><td>Yield stress in tension: N/mm²</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain</td><td>250</td><td>29</td><td>190</td><td>198</td><td>329</td></tr><tr><td>Cross-grain</td><td>234</td><td>39</td><td>154</td><td>153</td><td>48</td></tr><tr><td>Ultimate tensile strength: N/mm²</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain</td><td>348</td><td>36</td><td>232</td><td>283</td><td>329</td></tr><tr><td>Cross-grain*</td><td>285</td><td>27</td><td>243</td><td>221</td><td>22</td></tr><tr><td>Elastic modulus in tension: kN/mm²</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain*</td><td>210</td><td>35</td><td>167</td><td>-</td><td>22</td></tr><tr><td>Cross-grain*</td><td>241</td><td>35</td><td>151</td><td>-</td><td>22</td></tr><tr><td>Elongation to failure: %</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain</td><td>15.0</td><td>7.0</td><td>4.0</td><td>-</td><td>329</td></tr><tr><td>Cross-grain*</td><td>1.36</td><td>0.76</td><td>0.38</td><td>-</td><td>22</td></tr><tr><td>Yield stress in compression: N/mm²</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain*</td><td>208</td><td>17</td><td>152</td><td>161</td><td>12</td></tr><tr><td>Elastic modulus in compression: kN/mm²</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>With-grain*</td><td>171</td><td>26</td><td>138</td><td>-</td><td>14</td></tr></tbody></table>

Figure 4 : Propriétés mécaniques du fer puddlé selon (Moy, Clarke and Bright, 2009).

Encadrés rouges : valeur caractéristique de la limite élastique et valeur moyenne du module élastique dans le sens du laminage, pertinentes pour les calculs.

<footnote>*Southampton tests only.</footnote>
<figure><img src="image_7.png" /></figure>

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 5 : Comparaison des contraintes limites, notées ici $\sigma_{lim}$, recommandées dans la littérature entre 1820 et 1930, selon l'année de publication de l'ouvrage, avec les contraintes limites employées pour des halles de gare, pour (a) le fer puddlé et (b) l'acier doux. Les parties blanches des bâtonnets représentent les valeurs de contrainte autorisées dans les cas standard, les parties grisées dans des cas particuliers.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 5 : Comparaison des contraintes limites, notées ici $\sigma_{lim}$, recommandées dans la littérature entre 1820 et 1930, selon l'année de publication de l'ouvrage, avec les contraintes limites employées pour des halles de gare, pour (a) le fer puddlé et (b) l'acier doux. Les parties blanches des bâtonnets représentent les valeurs de contrainte autorisées dans les cas standard, les parties grisées dans des cas particuliers.</figcaption></figure>
<table><thead><tr><th>Gare</th><th>Date construction</th><th>Entreprise diagnostic</th><th>Nombre d'essais</th><th>Rp 0,2% (Mpa)</th><th>Rm (Mpa)</th><th>A (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Agen</td><td>1866</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>248</td><td>349</td><td>14</td></tr><tr><td>Agen</td><td>1866</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>285</td><td>399</td><td>17</td></tr><tr><td>Bayonne</td><td>1857</td><td>LERM</td><td>1</td><td>309</td><td>408</td><td>18</td></tr><tr><td>Béziers</td><td>1875</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>261</td><td>376</td><td>30</td></tr><tr><td>Béziers</td><td>1875</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>236</td><td>365</td><td>27</td></tr><tr><td>Hendaye</td><td>1878</td><td>LERM</td><td>1</td><td>255</td><td>370</td><td>23</td></tr><tr><td>Lyon Perrache</td><td>1857</td><td>apave</td><td>1</td><td>257</td><td>352</td><td>12</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>Ginger</td><td>3</td><td>268</td><td>365</td><td>13</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>Ginger</td><td>3</td><td>244</td><td>343</td><td>12</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>Ginger</td><td>3</td><td>230</td><td>329</td><td>16</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>272</td><td>379</td><td>14</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>281</td><td>352</td><td>10</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>261</td><td>378</td><td>14</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>245</td><td>366</td><td>27</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>399</td><td>438</td><td>2</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>253</td><td>388</td><td>24</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>299</td><td>409</td><td>11</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>256</td><td>367</td><td>19</td></tr><tr><td>Pau</td><td>1868</td><td>LERM</td><td>1</td><td>287</td><td>343</td><td>10</td></tr><tr><td>Perpignan</td><td>1896</td><td>LERM</td><td>2</td><td>273</td><td>379</td><td>14</td></tr><tr><td>Perpignan</td><td>1896</td><td>LERM</td><td>2</td><td>263</td><td>353</td><td>20</td></tr><tr><td>Tours</td><td>1898</td><td>LERM</td><td>2</td><td>280</td><td>393</td><td>15</td></tr><tr><td>Tours</td><td>1898</td><td>LERM</td><td>2</td><td>291</td><td>404</td><td>19</td></tr></tbody></table>

<caption>Tableau 1: Résultats d'essais de traction sur des échantillons de **fer puddlé** issus de diagnostics de matériaux de halles de gare.</caption>

<footnote>* HA : Hall d'Alsace</footnote>
<table><thead><tr><td>Gare</td><td>Date construction</td><td>Entreprise diagnostic</td><td>Nombre d'essais</td><td>Rp 0,2% (Mpa)</td><td>Rm (Mpa)</td><td>A (%)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Agen</td><td>1866</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>248</td><td>349</td><td>14</td></tr><tr><td>Agen</td><td>1866</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>285</td><td>399</td><td>17</td></tr><tr><td>Bayonne</td><td>1857</td><td>LERM</td><td>1</td><td>309</td><td>408</td><td>18</td></tr><tr><td>Béziers</td><td>1875</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>261</td><td>376</td><td>30</td></tr><tr><td>Béziers</td><td>1875</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>236</td><td>365</td><td>27</td></tr><tr><td>Hendaye</td><td>1878</td><td>LERM</td><td>1</td><td>255</td><td>370</td><td>23</td></tr><tr><td>Lyon Perrache</td><td>1857</td><td>apave</td><td>1</td><td>257</td><td>352</td><td>12</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>Ginger</td><td>3</td><td>268</td><td>365</td><td>13</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>Ginger</td><td>3</td><td>244</td><td>343</td><td>12</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>Ginger</td><td>3</td><td>230</td><td>329</td><td>16</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>272</td><td>379</td><td>14</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>281</td><td>352</td><td>10</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>261</td><td>378</td><td>14</td></tr><tr><td>Paris Austerlitz</td><td>1869</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>245</td><td>366</td><td>27</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>399</td><td>438</td><td>2</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>253</td><td>388</td><td>24</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>299</td><td>409</td><td>11</td></tr><tr><td>Paris Est HA*</td><td>1850</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>256</td><td>367</td><td>19</td></tr><tr><td>Pau</td><td>1868</td><td>LERM</td><td>1</td><td>287</td><td>343</td><td>10</td></tr><tr><td>Perpignan</td><td>1896</td><td>LERM</td><td>2</td><td>273</td><td>379</td><td>14</td></tr><tr><td>Perpignan</td><td>1896</td><td>LERM</td><td>2</td><td>263</td><td>353</td><td>20</td></tr><tr><td>Tours</td><td>1898</td><td>LERM</td><td>2</td><td>280</td><td>393</td><td>15</td></tr><tr><td>Tours</td><td>1898</td><td>LERM</td><td>2</td><td>291</td><td>404</td><td>19</td></tr></tbody></table>

<caption>Tableau 1: Résultats d'essais de traction sur des échantillons de **fer puddlé** issus de diagnostics de matériaux de halles de gare.</caption>

<footnote>* HA : Hall d'Alsace</footnote>
<table><thead><tr><th>Gare</th><th>Date construction</th><th>Entreprise diagnostic</th><th>Nombre d'essais</th><th>Rp 0,2% (Mpa)</th><th>Rm (Mpa)</th><th>A (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Angoulême</td><td>1886</td><td>LERM</td><td>2</td><td>294</td><td>391</td><td>32,3</td></tr><tr><td>Angoulême</td><td>1886</td><td>LERM</td><td>2</td><td>291</td><td>366</td><td>30,3</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>314</td><td>396</td><td>36</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td></td><td>264</td><td>21</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>255</td><td>327</td><td>14</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>299</td><td>413</td><td>31</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>223</td><td>354</td><td>44</td></tr><tr><td>Evian</td><td>1882</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>242</td><td>356</td><td>36</td></tr><tr><td>Evian</td><td>1882</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>323</td><td>446</td><td>31</td></tr><tr><td>La Rochelle</td><td>1922</td><td>CETE</td><td>1</td><td>322</td><td>393</td><td>35</td></tr><tr><td>Marseille St-Charles</td><td>1896</td><td>A-Corros</td><td>1</td><td>255</td><td>377</td><td>29</td></tr><tr><td>Montauban</td><td>1903</td><td></td><td>1</td><td>296</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Paris Lyon</td><td>1902</td><td></td><td>2</td><td>223</td><td>327</td><td></td></tr><tr><td>Paris Lyon</td><td>1902</td><td></td><td>2</td><td>314</td><td>413</td><td></td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>303</td><td>390</td><td>33</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>407</td><td>482</td><td>22</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>297</td><td>386</td><td>30</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>316</td><td>372</td><td>34</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>306</td><td>401</td><td>31</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>374</td><td>433</td><td>28</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>320</td><td>407</td><td>29</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>412</td><td>439</td><td>28</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>342</td><td>459</td><td>31</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>315</td><td>418</td><td>30</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>286</td><td>415</td><td>28</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>240</td><td>370</td><td>35</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>250</td><td>355</td><td>18,7</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>234</td><td>354</td><td>29,1</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>243</td><td>350</td><td>15,2</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>284</td><td>375</td><td>19,2</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>302</td><td>404</td><td>28,8</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>282</td><td>376</td><td>9,8</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>332</td><td>410</td><td>17</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>272</td><td>356</td><td>35,3</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>316</td><td>363</td><td>31,6</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>329</td><td>418</td><td>30,1</td></tr><tr><td>Tulle</td><td>1903</td><td></td><td>3</td><td>269</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tulle</td><td>1903</td><td></td><td>3</td><td>281</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tulle</td><td>1903</td><td></td><td>3</td><td>276</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Perpignan</td><td>1896</td><td>LERM</td><td>1</td><td>334</td><td>393</td><td>35</td></tr></tbody></table>

<caption>Tableau 2: Résultats d'essais de traction sur des échantillons d'acier doux issus de diagnostics de matériaux de halles de gare.</caption>

<footnote>* QT : Quai Transversal; HSM : Hall St-Martin</footnote>
<table><thead><tr><th>Gare</th><th>Date construction</th><th>Entreprise diagnostic</th><th>Nombre d'essais</th><th>Rp 0,2% (Mpa)</th><th>Rm (Mpa)</th><th>A (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Angoulême</td><td>1886</td><td>LERM</td><td>2</td><td>294</td><td>391</td><td>32,3</td></tr><tr><td>Angoulême</td><td>1886</td><td>LERM</td><td>2</td><td>291</td><td>366</td><td>30,3</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>314</td><td>396</td><td>36</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td></td><td>264</td><td>21</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>255</td><td>327</td><td>14</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>299</td><td>413</td><td>31</td></tr><tr><td>Bordeaux St Jean</td><td>1898</td><td>IS Services</td><td>5</td><td>223</td><td>354</td><td>44</td></tr><tr><td>Evian</td><td>1882</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>242</td><td>356</td><td>36</td></tr><tr><td>Evian</td><td>1882</td><td>A-Corros</td><td>2</td><td>323</td><td>446</td><td>31</td></tr><tr><td>La Rochelle</td><td>1922</td><td>CETE</td><td>1</td><td>322</td><td>393</td><td>35</td></tr><tr><td>Marseille St-Charles</td><td>1896</td><td>A-Corros</td><td>1</td><td>255</td><td>377</td><td>29</td></tr><tr><td>Montauban</td><td>1903</td><td></td><td>1</td><td>296</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Paris Lyon</td><td>1902</td><td></td><td>2</td><td>223</td><td>327</td><td></td></tr><tr><td>Paris Lyon</td><td>1902</td><td></td><td>2</td><td>314</td><td>413</td><td></td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>303</td><td>390</td><td>33</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>407</td><td>482</td><td>22</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>297</td><td>386</td><td>30</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>316</td><td>372</td><td>34</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>306</td><td>401</td><td>31</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>374</td><td>433</td><td>28</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>320</td><td>407</td><td>29</td></tr><tr><td>Paris Est QT*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>8</td><td>412</td><td>439</td><td>28</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>342</td><td>459</td><td>31</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>315</td><td>418</td><td>30</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>286</td><td>415</td><td>28</td></tr><tr><td>Paris Est HSM*</td><td>1931</td><td>A-Corros</td><td>4</td><td>240</td><td>370</td><td>35</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>250</td><td>355</td><td>18,7</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>234</td><td>354</td><td>29,1</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>243</td><td>350</td><td>15,2</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>284</td><td>375</td><td>19,2</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>302</td><td>404</td><td>28,8</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>282</td><td>376</td><td>9,8</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>332</td><td>410</td><td>17</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>272</td><td>356</td><td>35,3</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>316</td><td>363</td><td>31,6</td></tr><tr><td>Paris St-Lazare</td><td>1888</td><td>Ginger</td><td>10</td><td>329</td><td>418</td><td>30,1</td></tr><tr><td>Tulle</td><td>1903</td><td></td><td>3</td><td>269</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tulle</td><td>1903</td><td></td><td>3</td><td>281</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tulle</td><td>1903</td><td></td><td>3</td><td>276</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Perpignan</td><td>1896</td><td>LERM</td><td>1</td><td>334</td><td>393</td><td>35</td></tr></tbody></table>

<caption>Tableau 2: Résultats d'essais de traction sur des échantillons d'acier doux issus de diagnostics de matériaux de halles de gare.</caption>

<footnote>* QT : Quai Transversal; HSM : Hall St-Martin</footnote>
<table><caption>Tableau 3 : Calcul de la valeur caractéristique de la limite élastique à 0,2% de déformation du fer puddlé et de l'acier doux, à partir des diagnostics de matériaux réalisés sur les halles de gare.</caption><thead><tr><th colspan="2">Calcul de la valeur caractéristique selon NF EN 1990 D.7.2</th><th>R<sub>p</sub> (fer puddlé)</th><th>R<sub>p</sub> (acier doux)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Moyenne m</td><td>[Mpa]</td><td>272</td><td>297</td></tr><tr><td>Ecart-type s<sub>x</sub></td><td>[Mpa]</td><td>34</td><td>44</td></tr><tr><td>Coefficient de variation V<sub>x</sub> = m/s<sub>x</sub></td><td></td><td>0,13</td><td>0,15</td></tr><tr><td>Nombre d'essais N</td><td></td><td>23</td><td>39</td></tr><tr><td>k<sub>n</sub> (Tab. D.1)</td><td></td><td>1,68</td><td>1,67</td></tr><tr><td><strong>Valeur caractéristique</strong><br>X<sub>k</sub> = m x (1-k<sub>n</sub> V<sub>x</sub>)</td><td>[Mpa]</td><td><strong>214</strong></td><td><strong>224</strong></td></tr></tbody></table>
<table><caption>Tableau 3 : Calcul de la valeur caractéristique de la limite élastique à 0,2% de déformation du fer puddlé et de l'acier doux, à partir des diagnostics de matériaux réalisés sur les halles de gare.</caption><thead><tr><th colspan="2">Calcul de la valeur caractéristique selon NF EN 1990 D.7.2</th><th>R<sub>p</sub> (fer puddlé)</th><th>R<sub>p</sub> (acier doux)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Moyenne m</td><td>[Mpa]</td><td>272</td><td>297</td></tr><tr><td>Ecart-type s<sub>x</sub></td><td>[Mpa]</td><td>34</td><td>44</td></tr><tr><td>Coefficient de variation V<sub>x</sub> = m/s<sub>x</sub></td><td></td><td>0,13</td><td>0,15</td></tr><tr><td>Nombre d'essais N</td><td></td><td>23</td><td>39</td></tr><tr><td>k<sub>n</sub> (Tab. D.1)</td><td></td><td>1,68</td><td>1,67</td></tr><tr><td><strong>Valeur caractéristique</strong><br>X<sub>k</sub> = m x (1-k<sub>n</sub> V<sub>x</sub>)</td><td>[Mpa]</td><td><strong>214</strong></td><td><strong>224</strong></td></tr></tbody></table>