Analyse de l'adaptabilité des tours en acier d'angle et des tours tubulaires dans différentes conditions de terrain

I. Terrains plats et vallonnés

Caractéristiques du terrain

Les terrains plats et vallonnés présentent des pentes douces et des conditions géologiques relativement uniformes, ce qui facilite le transport et la construction. Toutefois, ils sont souvent exposés à des charges naturelles telles que les vents forts et la foudre.

(A) Applicabilité des tours en acier à cornières

• Les avantages:

◦ Transport et installation pratiques : Composées d'éléments en acier à cornières légers et de petite taille, ces tours peuvent être transportées directement sur site par camion, sans nécessiter d'équipements de levage de grande envergure. Leur structure préfabriquée et modulaire permet un assemblage par sections, réduisant ainsi les exigences relatives au chantier de construction.

◦ Rapport coût-efficacité : Grâce à des procédés de fabrication simples et à une préparation des fondations peu complexe sur terrain plat, les tours en acier à cornières offrent un coût global plus économique.

◦ Haute flexibilité : Leurs positions de fondation peuvent être ajustées en fonction des irrégularités du terrain (par exemple, terres agricoles, prairies). Elles sont également faciles à entretenir, ce qui les rend adaptées aux scénarios de transmission d'énergie à basse tension ou de communication à courte distance.

• Limitations :

◦Faible résistance au vent : La structure en treillis présente une grande surface au vent. Dans les zones planes exposées aux vents forts, des contreventements diagonaux supplémentaires sont nécessaires, ce qui augmente la consommation d'acier. De plus, leur faible rigidité en torsion peut entraîner des risques de vibrations.

◦ Grande empreinte au sol : La structure à quatre pieds nécessite un espacement important entre les fondations, ce qui peut entrer en conflit avec la réglementation foncière dans les zones où les terres cultivables ou constructibles sont rares.

(B) Applicabilité des tours tubulaires

• Les avantages:

◦ Forte résistance au vent et stabilité : Les tours tubulaires, grâce à leur forte rigidité en flexion et à leurs sections transversales circulaires ou polygonales aérodynamiques, sont idéales pour les environnements venteux des plaines, tels que les plaines côtières et les zones sujettes aux vents.

◦ Structure compacte : Les tours à tube simple ou multiples ont une empreinte au sol réduite (par exemple, la fondation d'une tour à tube simple peut mesurer seulement 1 à 2 mètres de diamètre), ce qui les rend adaptées aux zones où l'espace est limité, comme les terres agricoles et les parcs industriels.

◦ Attrait esthétique : Leur apparence élégante s'intègre bien dans le paysage, ce qui les rend fréquemment utilisées pour les stations de base de télécommunication et les pylônes de transmission haute tension situés en périphérie urbaine et le long des autoroutes.

• Limites :

◦ Coûts élevés de transport et d'installation : Les composants en tubes d'acier de grande longueur (jusqu'à plusieurs dizaines de mètres pour les tours à tube unique) nécessitent des véhicules spécialisés et des grues de grande échelle pour leur levage. Bien que la construction soit plus facile sur des plaines dégagées, les coûts d'investissement en équipement sont élevés.

◦ Exigences strictes en matière de fondations : La concentration du poids de la tour exige des fondations sur pieux profonds ou des plates-formes en béton armé. Sur des sols mous (par exemple, des couches alluviales), les coûts de traitement de fondation peuvent dépasser ceux des tours en acier d'angle.

II. Terrains montagneux et de plateau

Caractéristiques du terrain

Ces terrains sont caractérisés par des pentes abruptes, une géologie complexe (couches mixtes de roche et de sol meuble), des conditions difficiles de transport et de construction, ainsi que des conditions climatiques rudes telles que des vents forts et des températures basses.

(A) Applicabilité des tours en acier à cornières

• Les avantages:

◦ Transport flexible : Les composants peuvent être démontés en petits éléments (par exemple, segments en acier d'angle, assemblages boulonnés) et transportés manuellement, à dos d'animaux ou par petits aéronefs vers des zones montagneuses reculées sans routes.

◦ Installation adaptable : La structure en treillis permet un assemblage par sections. Sur les pentes ou les terrains irréguliers, la verticalité du mât peut être ajustée en modifiant la hauteur des fondations (par exemple, en utilisant des pierres de nivellement ou des fondations en gradins), ce qui minimise les excavations de terrassement.

◦ Bonne résistance aux déformations locales : La structure en treillis autorise une certaine déformation élastique. Dans les zones sujettes au tassement inégal ou aux séismes, des composants individuels peuvent être remplacés pour permettre des réparations rapides.

• Limitations :

◦ Résistance insuffisante aux charges de vent : Dans les cols de montagne, les charges de vent variables et importantes nécessitent des contreventements diagonaux supplémentaires, augmentant ainsi la consommation d'acier et réduisant les avantages en termes de coût.

◦ Restrictions de hauteur : Limitée par la résistance des assemblages, la hauteur des tours en acier à profilés d'angle dans les hauts plateaux (au-dessus de 3000 mètres) n'excède généralement pas 50 mètres, ce qui ne permet pas de répondre aux besoins de transport d'électricité à longue distance.

(B) Applicabilité des tours tubulaires

• Les avantages:

◦ Haute stabilité et résistance au vent : La grande rigidité globale des tours tubulaires leur permet de résister aux vents forts en montagne (par exemple, les vents de vallée, les vents orographiques) ainsi qu'aux retours de typhons. Elles conviennent aux lignes de transport d'énergie à haute altitude (par exemple, le réseau électrique du plateau tibétain Qinghai-Tibet).

◦ Capacité de franchissement à grande portée : Les tours multicanales (par exemple, à trois ou quatre tubes) peuvent supporter des lignes de transport à longue distance, enjambant canyons et ravins profonds, réduisant ainsi le nombre de fondations et les difficultés de construction.

◦ Durabilité exceptionnelle des matériaux : Dans les environnements de plateaux à basse température, les matériaux en tubes d'acier (par exemple, l'acier résistant à l'atmosphère corrosive Q355NHD) présentent une meilleure ténacité que l'acier d'angle ordinaire, réduisant ainsi le risque de rupture fragile à basse température.

•Limitations :

◦ Transport et levage difficiles : Les éléments tubulaires longs sont difficiles à transporter sur des routes de montagne étroites ou inexistantes, nécessitant souvent un levage par hélicoptère coûteux.

◦Construction de fondations complexe : Les fondations rocheuses en montagne nécessitent du dynamitage pour l'excavation. La construction de fondations sur pieux pour les tours tubulaires est difficile, et l'érosion de la roche peut desserrer la fondation, ce qui impose une surveillance et un renforcement réguliers.

III. Terrains désertiques et gobis

Caractéristiques du terrain

Ces zones sont arides, avec de grandes variations thermiques quotidiennes, une érosion éolienne sévère, des sols sableux ou graveleux de faible portance, et des itinéraires de transport vulnérables aux accumulations de sable.

(A) Applicabilité des tours en acier à cornières

• Les avantages:

◦ Construction de fondations simple : Dans les couches de sable mobiles, les tours en acier d'angle peuvent utiliser des fondations peu profondes et élargies (par exemple, des fondations en dalle en béton) pour répartir les charges et éviter l'enfoncement.

◦ Faible coût de maintenance : Les composants exposés sont faciles à inspecter, et le sable accumulé peut être dégagé manuellement. Les revêtements anti-corrosion galvanisés à chaud sur l'acier d'angle peuvent durer plus de 20 ans dans des conditions de désert sec.

◦ Bonne résistance à l'enfouissement par le sable : La structure en treillis peut être conçue avec un dégagement de 2 à 3 mètres à la base, réduisant ainsi les risques d'enfouissement par le sable. Le sable peut passer à travers la grille, minimisant la résistance au vent.

• Limites :

◦ Abrasion sévère par le sable : Les arêtes vives de l'acier d'angle s'usent facilement sous l'effet des tempêtes de sable, ce qui fragilise la section transversale et nécessite une repeinte fréquente du revêtement, davantage que pour les tours tubulaires.

◦ Instabilité due à la dérive du sable : Le déplacement prolongé du sable peut provoquer un tassement local de la fondation, entraînant une inclinaison de la tour et nécessitant des ajustements réguliers.

(B) Applicabilité des tours tubulaires

• Les avantages:

◦ Résistance supérieure au sable : Les surfaces lisses des tubes en acier réduisent l'abrasion par le sable de plus de 50 % par rapport à l'acier en angle, ce qui les rend adaptés aux zones sujettes aux tempêtes de sable sévères (par exemple, le désert du Taklamakan).

◦ Fondation stable : Les tours tubulaires peuvent utiliser des fondations profondes sur pieux (par exemple, pieux hélicoïdaux en tube d'acier) pour pénétrer dans des couches stables de sable ou de roche, résistant ainsi aux forces horizontales dues à la dérive de sable.

◦ Matériaux haute performance : Les parois extérieures des tubes en acier peuvent être revêtues de polyurée ou fabriquées en acier inoxydable, combinées à une protection cathodique, afin de résister à la corrosion due aux sols salins du désert.

• Limitations :

◦ Risque élevé d'enfouissement par le sable : Les tours monopodes ont un diamètre de base réduit, ce qui les rend vulnérables à l'ensevelissement par la dérive de sable, nécessitant un dégagement mécanique coûteux.

◦ Difficultés de transport : L'absence de routes fixes dans les déserts exige l'utilisation de véhicules tout-terrain spécialisés ou le démontage modulaire pour le transport. Les équipements de levage s'enfoncent souvent dans le sable, réduisant ainsi l'efficacité de la construction.

IV. Terrains côtiers et vasières

Caractéristiques du terrain

Ces zones sont caractérisées par une forte humidité, une corrosion sévère due aux embruns, des typhons fréquents, des fondations en argile molle ou en vase ayant une faible capacité portante, ainsi que des chantiers constamment inondés sous l'effet des marées.

(A) Applicabilité des tours en acier à cornières

• Les avantages:

◦ Conception de fondation flexible : Dans les sols mous des zones intertidales, des fondations sur pieux (par exemple, pieux précontraints en béton) peuvent être utilisées. Les tours en treillis métallique, étant plus légères, ont des exigences moindres en matière de capacité portante de la fondation par rapport aux tours tubulaires.

◦ Coûts maîtrisés : Dans les zones côtières, les tours en treillis métallique peuvent utiliser de l'acier auto-patinable (par exemple, Q355NH) ou des revêtements anti-corrosion renforcés (revêtements en pseudo-alliage zinc-aluminium), ce qui représente un coût inférieur de 30 % à 40 % par rapport aux tours tubulaires.

•Limitations :

◦ Faible résistance à la corrosion : Les interstices dans l'acier en angle permettent l'accumulation d'embruns, provoquant une corrosion électrochimique. Un entretien anti-corrosion est nécessaire tous les 2 à 3 ans, entraînant des coûts élevés.

◦ Résistance insuffisante aux typhons : À des vitesses de vent de typhon dépassant 30 m/s, la grande surface offerte au vent des tours en acier d'angle peut provoquer une résonance, nécessitant l'ajout de haubans ou de contreventements diagonaux et compliquant ainsi la structure.

(B) Applicabilité des tours tubulaires

• Les avantages:

◦ Excellente résistance à la corrosion : Les tubes en acier peuvent être revêtus de composites galvanisés à chaud et de poudre époxy ou fabriqués en acier inoxydable, assurant une durée de vie de plus de 30 ans dans des environnements à brouillard salin avec un cycle de maintenance de 5 à 10 ans.

◦ Résistance stable aux typhons : La section circulaire présente un coefficient de forme bas pour la charge au vent (environ 0,6 - 0,8), réduisant la résistance au vent de 50 % par rapport aux tours en acier d'angle (1,3 - 1,5), ce qui les rend adaptées aux zones côtières sujettes aux typhons (par exemple, îles de la mer de Chine méridionale, côte du Fujian).

◦ Fondations adaptables : Sur les bancs de marée, des fondations de type caisson ou des fondations style plateforme offshore peuvent être utilisées. Malgré leur poids élevé, la rigidité globale importante des tours tubulaires résiste au déplacement de la fondation causé par les marées.

• Limitations :

◦ Coûts élevés de construction en mer : Les zones côtières, les marais salants ou les îles nécessitent des transports et des équipements de levage fluviaux (par exemple, des barges, des grues flottantes), ce qui augmente les coûts de construction de 2 à 3 fois par rapport aux projets terrestres.

◦ Exigences environnementales strictes : Les traitements anticorrosion utilisant des revêtements à base de métaux lourds peuvent polluer l'environnement marin, ce qui impose l'utilisation de revêtements respectueux de l'environnement (par exemple, des revêtements époxy à base aqueuse) et entraîne une hausse des coûts.

V. Terrains particuliers (marécages, zones karstiques, zones minières)

Caractéristiques du terrain

Ces terrains présentent des risques de tassements inégaux de la fondation (par exemple, cavités karstiques, zones exploitées) ou une portance superficielle extrêmement faible (par exemple, marécages), ce qui exige des techniques de construction spécialisées.

(A) Applicabilité des tours en acier à cornières

• Les avantages:

◦ Conception de fondations légères : Dans les marécages, des fondations flottantes (par exemple, caissons métalliques flottants avec contrepoids) peuvent être utilisées pour éviter l'enfoncement. Dans les zones karstiques, des fondations sur pieux indépendants peuvent être mises en œuvre après injection de coulis pour combler les cavités.

◦ Facilité de réparation : En cas de tassement local de la fondation, les hauteurs des composants individuels des tours en acier d'angle peuvent être ajustées (par exemple à l'aide de joints ou par réglage des boulons) pour des réparations rapides.

•Limitations :

◦ Mauvaise stabilité à long terme : Le fluage des couches de limon marécageux peut provoquer un basculement lent de la tour, nécessitant une surveillance régulière et un renforcement. Dans les zones minières, le risque d'affaissement de surface rend les tours en acier d'angle moins résistantes aux déformations.

(B) Applicabilité des tours tubulaires

• Les avantages:

◦ Fondation profonde pour résistance au tassement : Dans les zones karstiques, les fondations sur pieux forés peuvent atteindre des couches rocheuses stables. Dans les marais, des pieux en tube d'acier extra-longs (supérieurs à 20 mètres) peuvent traverser les sols mous jusqu'aux couches porteuses.

◦ Haute rigidité structurale : La rigidité globale des tours tubulaires leur permet de résister à la déformation lente de la surface dans les zones exploitées, ce qui les rend adaptées à la transmission d'énergie électrique dans les régions minières.

•Limitations :

◦ Exigences techniques élevées en matière de construction : Le scellement dans les zones karstiques et la construction de pieux extra-longs nécessitent des équipements spécialisés, entraînant des coûts élevés. Le battage des pieux dans les marais peut perturber le sol environnant, aggravant ainsi le tassement.

VI. Résumé : Recommandations pour le choix des tours basées sur le terrain

Type de terrain	Type de tour privilégié	Considérations importantes
Plaines et collines	Tours tubulaires (zones ventées)	Résistance au vent, utilisation du terrain
	Tours en treillis d'acier (zones générales)	Coût, facilité de construction
Montagnes et plateaux	Tours en treillis d'acier (zones montagneuses reculées)	Flexibilité de transport, adaptabilité à l'installation
	Tours tubulaires (zones de haute altitude)	Résistance au vent, capacité de franchissement à grande portée
Déserts et région du Gobi	Tours tubulaires	Résistance à l'abrasion par le sable, stabilité des fondations
Zones côtières et marais salants	Tours tubulaires	Résistance à la corrosion par l'embrun, résistance aux typhons
Marécages, zones karstiques, zones minières	Tours tubulaires (avec fondations spécialisées)	Résistance au tassement des fondations, rigidité structurelle

Principes clés : Le choix du mât doit intégrer quatre éléments : « transport, installation, portance et maintenance ». Par exemple, dans les régions montagneuses, privilégier la facilité de transport des mâts en acier d'angle ; dans les zones côtières, mettre l'accent sur la résistance à la corrosion et au vent des mâts tubulaires ; et dans les plaines, équilibrer coût et performance. Dans les projets concrets, il est essentiel de prendre en compte de manière globale les données des études géologiques (par exemple, la capacité portante du sol, les niveaux de pression éolienne) ainsi que le budget du projet afin de déterminer la solution optimale.