Les formes de pont nouvellement identifiées pourraient permettre d'atteindre des portées de pont beaucoup plus longues à l'avenir, potentiellement en train de traverser le détroit de Gibraltar, de la péninsule ibérique au Maroc, réalisable.

Les nouvelles formes de pont utilisent une nouvelle technique de modélisation mathématique pour identifier les formes optimales pour les ponts à très longue portée. La recherche est publiée le 19 septembre 2018 dans le Actes de la Royal Society A .

La portée d'un pont est la distance de la chaussée suspendue entre les tours, avec le record du monde actuel à un peu moins de 2 km. La forme la plus populaire pour les longues portées est la forme de pont suspendu, tel qu'il est utilisé pour le pont Humber, bien que la forme du pont à haubans, où des câbles relient directement la tour à la chaussée, comme ceux utilisés dans le Queensferry Crossing récemment construit en Écosse, deviennent de plus en plus populaires.

Au fur et à mesure que les travées des ponts s'allongent, une proportion rapidement croissante de la structure est nécessaire juste pour supporter le propre poids du pont, plutôt que le trafic qui le traverse. Cela peut créer un cercle vicieux :une augmentation relativement faible de la portée nécessite l'utilisation de beaucoup plus de matériel, conduisant à une structure plus lourde qui nécessite encore plus de matériel pour la supporter. Cela définit également une limite sur la longueur d'une travée de pont; au-delà de cette limite, un pont ne peut tout simplement pas supporter son propre poids.

Une option consiste à utiliser plus fort, matériaux plus légers. Cependant, l'acier reste le choix préféré car il est résistant, facilement disponible et relativement bon marché. Donc, la seule autre façon d'augmenter la portée est de changer la conception du pont.

Le professeur Matthew Gilbert de l'Université de Sheffield, qui a dirigé la recherche, a déclaré : « Le pont suspendu existe depuis des centaines d'années et bien que nous ayons pu construire des portées plus longues grâce à des améliorations progressives, nous ne nous sommes jamais arrêtés pour voir si c'est réellement la meilleure forme à utiliser. Nos recherches ont montré qu'il existe des formes structurellement plus efficaces, ce qui pourrait ouvrir la porte à des travées de pont beaucoup plus longues à l'avenir. »

La technique mise au point par l'équipe s'appuie sur la théorie développée par l'homonyme du professeur Gilbert, Davies Gilbert, qui, au début du XIXe siècle, a utilisé la théorie mathématique pour persuader Thomas Telford que les câbles de suspension de sa conception originale pour le pont du détroit de Menai dans le nord du Pays de Galles suivaient une courbe trop peu profonde. Il a également proposé une « caténaire de contrainte égale » montrant la forme optimale d'un câble tenant compte de la présence de charges de gravité.

En incorporant cette théorie du début du XIXe siècle dans un modèle d'optimisation mathématique moderne, l'équipe a identifié des concepts de ponts qui nécessitent le minimum de volume de matériau possible, rendant potentiellement réalisables des portées beaucoup plus longues.

Les conceptions mathématiquement optimales contiennent des régions qui ressemblent à une roue de bicyclette, avec plusieurs « rais » au lieu d'une seule tour. Mais ceux-ci seraient très difficiles à construire en pratique à grande échelle. L'équipe les a donc remplacés par des tours divisées comprenant seulement deux ou trois « rais » comme un compromis qui conserve la plupart des avantages des conceptions optimales, tout en étant un peu plus facile à construire.

Pour une portée de 5 km, qui sera probablement nécessaire pour construire le passage de 14 km du détroit de Gibraltar, une conception traditionnelle de pont suspendu nécessiterait beaucoup plus de matériel, ce qui le rend au moins 73 pour cent plus lourd que la conception optimale. En revanche, les conceptions proposées à deux et trois branches ne seraient que 12 et 6 % plus lourdes, ce qui les rend potentiellement beaucoup plus économiques à construire.

Les nouvelles formes de pont nécessitent moins de matériau, principalement parce que les forces du tablier sont transmises plus efficacement à travers la superstructure du pont jusqu'aux fondations. Ceci est réalisé en gardant les chemins de charge courts, et éviter les angles vifs entre les éléments de traction et de compression.

L'équipe souligne que leur recherche n'est que la première étape, et que les idées ne peuvent pas être développées immédiatement pour la construction d'un pont à grande travée. Le modèle actuel ne considère que les charges de gravité et ne prend pas encore en compte les forces dynamiques résultant du trafic ou de la charge du vent. Des travaux supplémentaires sont également nécessaires pour résoudre les problèmes de construction et d'entretien.

Coauteur, Ian Firth, de COWI, a déclaré : « Il s'agit d'un développement intéressant dans la recherche d'une plus grande efficacité des matériaux dans la conception des ponts à très longue portée. Il y a beaucoup plus de travail à faire, notamment en concevant des méthodes de construction efficaces et économiques, mais peut-être qu'un jour nous verrons ces nouvelles formes prendre forme à travers un large estuaire ou une traversée maritime. »