Un pieu, aussi appelé poteau, échalas, piquet, pilot ou encore pal, est une pièce de construction de forme longiligne, cylindrique ou prismatique fabriquée en bois, en métal ou en béton armé, qui est enfoncé dans le sol dans le but de fonder un bâtiment.
Un pieu est nécessaire quand la nature du terrain n’a pas les capacités de supporter superficiellement les contraintes dues à la masse de bâtiment. Un pieu peut aussi servir à blinder les fondations d’un bâtiment existant. Les pieux font partie du domaine des fondations profondes ou fondations spéciales. Dans certains cas (pieux échangeurs), on leur ajoute une fonction énergétique d’échangeur de chaleur.
Fonctionnement du pieu
Dans les zones où les strates superficielles du sol sont inadéquates pour supporter des fondations conventionnelles en raison de la répartition des charges, il est impératif d’établir des fondations en profondeur. Lors du transfert des charges structurales vers le substrat, les pieux fonctionnent selon deux mécanismes principaux : la résistance portante de la pointe et le frottement latéral le long du fût. Ces mécanismes peuvent être employés de manière isolée ou combinée, dépendant des caractéristiques géotechniques du sol.
Traditionnellement, semblable à une fondation standard, un pieu peut se reposer sur une couche de sol ayant une capacité portante élevée. Dans ce cas, les charges sont transférées principalement par la pointe du pieu, qui atteint une strate offrant une résistance mécanique adéquate.
En complément, le pieu engage aussi les différentes couches de sol qu’il traverse via son fût. Selon la méthode de construction utilisée, un phénomène de frottement latéral se développe à l’interface pieu-sol, facilitant ainsi la transmission des charges. Ce mécanisme est particulièrement avantageux pour s’ancrer dans des sols de qualité moindre, grâce à la grande surface de contact engagée. Néanmoins, cet effet peut être neutralisé en cas de liquéfaction du sol durant un séisme.
Les principaux types de pieux
Suivant leur mode de réalisation, il existe différents types de pieux. En France, les principales méthodes de mise en œuvre des pieux sont décrites dans le Document technique unifié 13.2 relatif aux travaux de fondations profondes pour le bâtiment.
Pieux battus
Dans le domaine des fondations profondes, les pieux battus se distinguent par leur procédé d’installation mécanique, où des éléments linéaires préfabriqués, composés de béton, d’acier ou de bois, sont insérés dans le sol par un processus dynamique de battage. Cette méthode, caractérisée par l’application de forces d’impact répétées via un marteau de battage, est optimale pour pénétrer des strates de sols denses, offrant ainsi une interface sol-pieu robuste et une capacité portante élevée.
Elle est préconisée pour des structures nécessitant une fondation de grande capacité, telles que les infrastructures de ponts, les bâtiments de grande hauteur, ou les installations offshore. Leur principal atout réside dans leur aptitude à atteindre des couches de sol profondes et stables, mais leur mise en œuvre est souvent accompagnée de nuisances sonores et de vibrations significatives, limitant leur usage dans les zones urbaines densément peuplées.
Pieux forés
Les pieux forés, souvent désignés comme pieux creux, sont formés in situ en créant un forage vertical dans le sol, suivi du remplissage de ce dernier avec du béton, fréquemment renforcé par une armature en acier. Cette technique est particulièrement adaptée aux conditions géotechniques complexes, telles que la présence de couches supérieures du sol instables ou d’obstacles souterrains.
Elle offre une grande flexibilité de conception, permettant de varier les diamètres et les profondeurs en fonction des exigences spécifiques de chaque projet. En milieu urbain, ces pieux présentent l’avantage de générer moins de vibrations et de nuisances sonores comparativement aux pieux battus. Néanmoins, leur installation exige l’utilisation d’équipements de forage spécialisés et est généralement plus chronophage, ce qui peut se traduire par une augmentation des coûts et de la durée des projets de construction.
Pieux vissés
Les pieux vissés se composent de tiges en acier munies d’une ou plusieurs hélices et sont mis en place par un processus de rotation. Cette technique est rapide et efficace, particulièrement adaptée aux sols de faible capacité portante. Son mode d’installation, caractérisé par une faible génération de vibrations et de bruit, la rend préférable dans les zones résidentielles ou sensibles.
Ces pieux sont fréquemment utilisés pour des structures de petite à moyenne envergure, offrant une solution économique et rapide. Toutefois, leur capacité portante est généralement inférieure à celle des pieux battus ou forés, et leur performance peut être influencée par des variations des conditions géotechniques, comme l’humidité ou le gel.
Pieux en béton coulé sur place
Les pieux en béton coulé sur place, formés par le forage d’un trou suivi de l’insertion d’un coffrage ou d’une cage d’armature et du coulage du béton, offrent une adaptabilité significative aux diverses conditions de sol et de charge. Ils sont particulièrement utiles pour des fondations profondes, étant capables de supporter des charges substantielles. Ces pieux présentent un avantage dans des situations où les conditions de sol sont complexes ou hétérogènes.
Leur fabrication in situ permet de réaliser des pieux de diamètres et de formes variées, conférant une flexibilité de conception appréciable. Cependant, cette méthode nécessite un délai de construction plus long pour le durcissement du béton et peut s’avérer plus coûteuse en raison de la main-d’œuvre et des équipements requis.
Pieux en acier
Les pieux en acier, constitués de sections métalliques, peuvent être installés par battage, vissage ou forage. Ils sont souvent privilégiés pour supporter des charges très lourdes et sont particulièrement adaptés aux environnements aquatiques, tels que les quais et les ponts.
L’acier offre une résistance et une robustesse permettant à ces pieux de supporter des forces importantes, et leur installation peut-être réalisée rapidement. Cependant, ils sont susceptibles à la corrosion, nécessitant ainsi des traitements protecteurs pour assurer leur durabilité dans des environnements hostiles.
Micropieux
Les micropieux sont des pieux de faible diamètre réalisés par forage puis injection d’un coulis de ciment.
Variantes des pieux
Dans le domaine des fondations profondes et des techniques d’amélioration du sol, il existe plusieurs variantes et alternatives aux pieux traditionnels. Parmi ces variantes, on trouve les puits de fondation, qui sont des excavations verticales de plus grande dimension, les barrettes, qui sont des éléments structuraux de section rectangulaire en béton armé installés dans le sol pour supporter des charges ou pour servir de murs de soutènement.
Les parois moulées, une autre variante, sont des structures en béton réalisées in situ, souvent utilisées pour créer des murs de soutènement dans les constructions souterraines ou comme éléments de fondation.
En plus de ces variantes, il existe des techniques d’amélioration et de renforcement du sol, telles que le renforcement par colonnes ballastées, où des matériaux granulaires sont introduits dans le sol pour augmenter sa capacité portante, et le renforcement par inclusions rigides, une méthode où des éléments rigides sont insérés dans le sol pour améliorer sa performance sous charge.
Dans le contexte historique, notamment dans les constructions anciennes comme les églises, les pieux en bois étaient souvent traités par carbonisation. Ce processus impliquait la charring superficielle du bois pour améliorer sa résistance à la pourriture et aux attaques d’insectes, prolongeant ainsi sa durée de vie.
Bien que l’utilisation de pieux en bois ait largement diminué dans les pratiques modernes de construction, cette technique de carbonisation est encore observée dans certaines régions tropicales où le bois est abondant et facilement accessible. Dans ces régions, la carbonisation reste une méthode viable pour renforcer et protéger les pieux en bois contre les conditions environnementales défavorables.