Des couvercles composites robustes protègent les ressources en eau de Bogota

Le défi du stockage d'eau à Bogota

Le stockage et la distribution d'eau à Bogota, en Colombie, présentent une complexité propre aux grandes zones urbaines. Le défi n'est pas l'approvisionnement : la ville de quelque 9 millions d'habitants reçoit 824 mm de pluie par an, et le fleuve Bogota la traverse. Le véritable enjeu consiste à capter cette eau, la traiter, puis la stocker pour qu'elle reste potable et disponible selon les besoins des résidents et des entreprises. Pour y parvenir, l'Empresa de Acueductos y Alcantarillados (EAAB, Bogota) a construit au fil des années un réseau de 59 réservoirs dans toute la ville pour stocker l'eau traitée et garantir l'approvisionnement des clients.

Casablanca : le plus grand réservoir de Colombie

Certains de ces réservoirs sont des cuves entièrement fermées, protégeant l'eau des éléments extérieurs. D'autres, souvent plus anciens, sont d'immenses bassins en béton protégés par une série de couvercles amovibles. L'un d'eux, appelé Casablanca et situé dans le quartier de Ciudad Bolivar au sud de Bogota, dessert une population d'environ 3 millions d'habitants. Casablanca, le plus grand réservoir du réseau EAAB et le plus grand de Colombie, mesure 144 m de long sur 110 m de large et 9 m de profondeur, avec une capacité de 143 000 m³ (38 millions de gallons). Une cloison en béton le divise en deux sections égales.

Un problème de fuites et de couvercles dangereux

L'entretien du réservoir Casablanca, âgé de 66 ans, n'est pas une mince affaire. En 2009, on a découvert que des fissures dans le fond en béton laissaient s'échapper 360 000 litres d'eau par heure. Des réparations avec un revêtement en polyurée ont réduit les fuites à zéro. Cependant, un problème subsistait au-dessus du béton : l'eau était protégée par des couvercles en mélange béton-amiante, posant un risque majeur pour la qualité de l'eau et la santé humaine. Ces anciens couvercles étaient également sujets à des défaillances et coûteux à entretenir. L'EAAB devait les remplacer par une alternative plus sûre, plus légère et plus durable.

De grands couvercles, et beaucoup

L'EAAB a opté pour une solution en matériaux composites, mais s'est heurtée immédiatement à l'ampleur du projet. Casablanca est traversé par une série de piliers en béton supportant un réseau de poutres sur lesquelles reposent les couvercles. Ces poutres sont espacées d'environ 7,2 m, ce qui signifie que les nouveaux couvercles devaient être autoportants sur cette portée pour réutiliser l'infrastructure existante. L'EAAB a proposé une fabrication par moulage par transfert de résine léger (LRTM). Le défi ? Des structures composites de cette taille pour cette application n'avaient jamais été fabriquées par LRTM en Colombie. De nombreux fabricants étaient simplement incapables de relever le projet.

Soling : l'exception qui relève le défi

L'exception fut Innovative Engineering Solutions, ou Soling, un fabricant de composites situé à La Estrella, Antioquia, Colombie, juste au sud de Medellín. Fondée en 2014 par Javiar Moreno, qui possède et exploite plusieurs entreprises de fabrication de composites en Colombie, Soling a relevé le défi. Rodrigo Vergara, coordinateur technique chez Soling, explique : « Personne n'avait d'expérience avec cela en Colombie à cause de la taille de la pièce. C'est la plus grande pièce composite fabriquée en Colombie. » Pour Moreno, la taille des couvercles était un défi intéressant : « "Impossible" est un mot qu'il ne comprend pas. Il a dit : "Nous allons le faire !" J'ai dit : "D'accord !" »

Une solution technique innovante

Soling a proposé une série de 840 structures composites rectangulaires à dôme, chacune mesurant 7,6 m de long et 2,4 m de large (24,9 x 7,9 pieds). Le design à dôme semi-circulaire a été choisi, explique Vergara, car « la forme géométrique offrant la plus grande résistance mécanique est une circonférence. C'était le facteur principal pour garantir que les couvercles soient autoportants. D'autre part, nous devions trouver le moyen le plus simple de les expédier du site de fabrication au point d'installation, à 418 km de distance. »

Les couvercles seraient fabriqués par LRTM avec, selon les spécifications de l'EAAB, un gel coat bleu à l'extérieur et blanc à l'intérieur. Composés de tissus en fibres de verre et de résine polyester, chaque couvercle, d'une surface de 28,5 m² (207 pi²), pèserait 320 kg (705 lb), dont 208 kg de résine.

Construire le couvercle parfait

Soling n'a pas relevé le défi seul. Un réseau de fournisseurs a soutenu l'entreprise : le distributeur Minepro SAS (Medellín) pour le support technique, l'équipementier Magnum Venus Products (MVP, Knoxville, Tennessee, USA) pour les pompes et équipements auxiliaires LRTM, le fournisseur de matériaux Andercol (Medellín) pour la résine polyester, les gel coats et le support technique, et Jushi (Tongxiang, Chine) pour les tissus en fibres de verre E-glass.

La fabrication commence par l'outillage. La question était de déterminer le nombre de moules nécessaires. Vergara explique que Soling a d'abord dû établir le rythme de production pour respecter les délais de livraison de l'EAAB, lui-même conditionné par les contraintes du chantier. Pour éviter toute contamination de l'eau pendant l'installation, l'EAAB a accepté de vider la moitié du réservoir concernée. Réduire la capacité de stockage de moitié posait des défis, d'où la nécessité d'une livraison et installation rapides.

Soling et l'EAAB ont convenu d'un calendrier livrant six couvercles par jour. Dans une usine fonctionnant en trois équipes de huit heures, cela nécessitait deux moules, chacun capable de produire un couvercle par équipe. Les moules, construits en interne, étaient composés d'un design composite fibres de verre mâle/femelle soutenu par une structure en acier.

Processus de fabrication optimisé

Avec les moules prêts, Soling a défini le processus de fabrication précis. En collaboration avec Minepro et MVP, il a été décidé que chaque moule serait alimenté par deux ports d'injection de résine et un port de vide. Pour l'injection, MVP a recommandé son unité de pompe RTM Patriot Innovator à haut volume, capable de délivrer la grande quantité de résine requise. MVP a également fourni ses vannes Turbo Autosprue, ainsi que des coupleurs universels, joints et accessoires de moule.

Pour démarrer la production d'un couvercle, la moitié femelle du moule était pulvérisée de gel coat blanc et la moitié mâle de gel coat bleu (fournis par Andercol). Ensuite, les nattes et tissus E-glass de Jushi étaient déposés manuellement dans la moitié femelle. La moitié mâle était ensuite abaissée par grue dans la moitié femelle, les deux moitiés étant serrées ensemble. Après tirage au vide, l'injection de résine débutait, se terminant en environ 40 minutes, suivie d'un durcissement à température ambiante. Après démoulage, chaque couvercle était rogné aux dimensions finales et des canaux d'évacuation d'eau de pluie étaient découpés dans la surface de la bride.

Vergara souligne que la taille des couvercles, combinée à des exigences strictes de poids et de dimensions, a posé le plus grand défi. La détermination de l'emplacement des ports d'injection et la gestion du timing d'injection ont nécessité de nombreux essais-erreurs et consultations d'experts. Finalement, Soling a mis au point un processus de fabrication hautement répétable et fiable.

« Le plus grand défi était le poids des éléments à installer, car nous ne pouvions pas dépasser la capacité de charge de la structure existante. Cela exigeait que toutes les pièces aient les mêmes caractéristiques, tant en géométrie qu'en poids. La seule façon de garantir ces conditions était d'utiliser un processus assurant la répétabilité. »

Installation et résultats

Les couvercles finis ont été expédiés sur 418 km (260 miles) depuis l'usine de Soling près de Medellín jusqu'au site de Casablanca à Bogota, puis installés par grue, abaissés sur la structure de support et positionnés par des ouvriers debout sur les poutres. Bien que non fixés mécaniquement, ils ne sont pas conçus pour être déplacés ou retirés « sauf si quelque chose de très grave se produit ».

Soling a commencé la conception début 2019 et la fabrication des premiers couvercles en 2020. La pandémie de COVID-19 et des défis mécaniques occasionnels ont causé des arrêts et redémarrages, mais la production des 840 couvercles s'est achevée sur une période de 7 à 8 mois, fin 2020. Les nouveaux couvercles devraient durer beaucoup plus longtemps et nécessiter bien moins d'entretien que ceux qu'ils ont remplacés.

Le projet Casablanca a démontré les capacités de Soling comme fabricant de structures composites de grande taille, haute qualité et haute performance, ouvrant la voie à d'autres opportunités. « Ce projet a été un défi où nous avons dû briser les paradigmes affirmant que des pièces de cette ampleur ne pouvaient pas être fabriquées avec cette méthode de fabrication, et pourtant nous l'avons fait. Pour l'avenir de Soling, une chose est claire : il n'y a pas de projet que nous ne soyons pas capables de réaliser. »