Béton Projeté : Technique, Formulation et Mise en Œuvre
Le béton projeté — également appelé gunite lorsqu'il est appliqué par voie sèche — est un béton ou mortier projeté pneumatiquement à grande vitesse sur une surface de réception, où il se compacte sous l'effet de son énergie cinétique sans nécessiter de coffrage. Cette caractéristique fondamentale le distingue de tous les autres bétons : il est à la fois son propre moyen de mise en place et son propre coffreur.
Inventé en 1910 par Carl Ethan Akeley — initialement pour restaurer des squelettes de dinosaures au musée de Chicago — le béton projeté s'est rapidement imposé dans le génie civil mondial pour ses capacités uniques : atteindre des surfaces inaccessibles aux coffrages traditionnels, s'adapter à toutes les géométries, et développer des résistances mécaniques élevées en faible épaisseur. Aujourd'hui, il est incontournable dans quatre grands domaines : soutènement de fouilles et de tunnels, réhabilitation et renforcement de structure, protection de talus et de berges, et construction de coques architecturales (piscines, skateparks, parois courbes).
En bureau d'études structure, la maîtrise du béton projeté conditionne la rédaction des notes de calcul de soutènement, des prescriptions de réhabilitation et des CCTP techniques — souvent dans la foulée d'un diagnostic ou d'un constat de désordres. La norme de référence est la NF EN 14487 (parties 1 et 2), complétée par le fascicule 65B du CCTG pour les ouvrages de génie civil et la recommandation AFTES GT38 pour les ouvrages souterrains.
1. Les deux procédés fondamentaux
La distinction essentielle en béton projeté oppose deux procédés selon le moment où l'eau de gâchage est introduite dans le mélange.
Figure 1 — Comparaison des deux procédés de béton projeté. En voie sèche, l'eau est introduite à la lance par une bague d'injection ; en voie mouillée, le béton est gâché en centrale et pompé jusqu'à la lance où l'air comprimé assure la projection. Le rebond est nettement plus faible en voie mouillée.
2. Formulation du béton projeté
2.1 Spécificités par rapport au béton coulé
La formulation du béton projeté diffère fondamentalement d'un béton coulé en place sur trois points :
La granulométrie est limitée par le diamètre des tuyaux et buses. La NF EN 14487-1 recommande D_max ≤ 16 mm en voie mouillée et D_max ≤ 8 mm en voie sèche (mortier). Un D_max trop élevé provoque des bouchages en tuyauterie et augmente le rebond.
La teneur en fines doit être supérieure à celle d'un béton coulé. Les fines (< 0,25 mm) jouent un rôle rhéologique essentiel : elles assurent la cohésion du béton pendant sa projection et réduisent le rebond. Une teneur en fines totales (ciment + additions + fines de granulats) de 400 à 500 kg/m³ est recommandée.
L'affaissement en voie mouillée doit être ajusté soigneusement : un béton trop fluide coule sur la paroi avant prise ; un béton trop raide bouche les tuyaux. L'affaissement cible est généralement S3 à S4 (100 à 200 mm), obtenu avec un superplastifiant, puis réduit à la projection par l'accélérateur de prise.
2.2 Accélérateurs de prise : clé de l'adhérence
L'accélérateur de prise est l'adjuvant spécifique du béton projeté : injecté à la lance juste avant l'impact sur la paroi, il provoque une prise très rapide (quelques secondes à quelques minutes) qui permet au béton de tenir sur des surfaces verticales ou en surplomb sans coffrage.
Figure 2 — Développement de la résistance à la compression en fonction du type d'accélérateur. Les accélérateurs alcalins (silicates) provoquent une prise très rapide mais réduisent la résistance finale. Les accélérateurs sans alcali (AF) offrent un meilleur compromis : prise rapide et résistance à 28 jours maintenue.
La NF EN 14487-1 distingue deux générations d'accélérateurs :
Accélérateurs alcalins (silicates ou aluminates de sodium) : prise quasi-instantanée (< 2 min), mais réduction de la résistance finale de 20 à 40 % par rapport au béton témoin. Usage en diminution dans les tunnels récents en raison de leur agressivité chimique (pH > 11) pour les opérateurs.
Accélérateurs sans alcali (AF) : sulfoaluminates d'aluminium ou produits à base de sulfate d'aluminium. Prise en 3 à 5 minutes, perte de résistance finale limitée à 10 à 20 %. Recommandés par la NF EN 14487 et obligatoires dans de nombreux cahiers des charges tunnels. Dosage habituel : 4 à 8 % de la masse du ciment.
2.3 Exemple de formulation — Béton projeté C25/30 en voie mouillée
Classe visée : C25/30 (f_ck = 25 MPa à 28 j)
Classe d'exposition : XC4 + XF1 (tunnel ou soutènement exposé)
Procédé : Voie mouillée
Ciment : CEM I 52,5 R → 420 kg/m³
Fumée de silice : SF (k=1,0 selon NF EN 206/CN) → 35 kg/m³
Eau efficace : E = 168 L/m³
Rapport E/C_eq : 168 / (420 + 35) = 0,37
Superplastifiant : 1,2 % du ciment → 5,0 kg/m³
Sable 0/4 : 850 kg/m³
Gravillon 4/8 : 580 kg/m³
Gravillon 8/16 : 290 kg/m³
Air occlus : ≈ 25 L/m³
Accélérateur AF : 6 % du ciment → 25 kg/m³ (injecté à la lance)
Consistance avant injection accélérateur : S4 (affaissement 180 mm)
Résistance cible à 1 h : ≥ 2 MPa (accrochage sur paroi verticale)
Résistance cible à 24 h : ≥ 12 MPa (EN 14487, classe J2)
Résistance cible à 28 j : ≥ 32 MPa (avec marge sur f_ck)
3. Épaisseurs de projection et classes de performance
3.1 Épaisseur minimale selon l'application
L'épaisseur du béton projeté doit être suffisante pour développer sa résistance mécanique, protéger les armatures éventuelles et assurer la durabilité. La NF EN 14487-1 et les guides AFTES définissent des épaisseurs minimales selon l'application :
Figure 3 — Deux applications types du béton projeté. À gauche : soutènement de fouille avec béton projeté armé de 15 à 30 cm sur paroi excavée. À droite : réhabilitation d'une structure béton dégradée par projection d'une couverture de 3 à 10 cm avec armatures rapportées.
3.2 Classes de performance EN 14487
La NF EN 14487-1 §5 définit des classes de performance caractérisant la résistance à la compression et la résistance à la flexion sous déformation imposée (pour les bétons fibrés) :
Classes de résistance à la compression à 28 jours :
J1 : f_c28 ≥ 15 MPa (applications provisoires)
J2 : f_c28 ≥ 25 MPa (soutènement courant)
J3 : f_c28 ≥ 35 MPa (soutènement structurel, réhabilitation)
Classes de résistance à l'énergie (béton fibré, EN 14488-5) :
E500 : énergie absorbée ≥ 500 J (à 25 mm de déflexion sur plaque 600×600 mm)
E700 : énergie absorbée ≥ 700 J
E1000 : énergie absorbée ≥ 1000 J
La classe E700 est fréquemment spécifiée pour le soutènement des tunnels en méthode conventionnelle (NATM).
4. Armatures du béton projeté : treillis et fibres
4.1 Armatures conventionnelles (treillis soudé)
En soutènement de fouille et en réhabilitation de structure, des treillis soudés (TS) sont fixés à la paroi avant projection. La NF EN 14487 recommande des mailles de 100×100 mm à 150×150 mm en fil de ∅6 à ∅10 mm, positionnées à mi-épaisseur de la couche projetée. Le positionnement précis est critique : un treillis trop proche de la paroi n'est pas enrobé correctement ; trop éloigné, il perturbe la projection et crée des zones d'ombre (manque de béton en face arrière).
L'enrobage nominal est fixé à c_nom = 20 à 25 mm pour une classe d'exposition XC3/XC4 selon EN 1992-1-1 §4.4.1.
4.2 Fibres : dosage et performances
Les fibres (acier, polypropylène, verre alcali-résistant) sont incorporées au mélange avant projection et se répartissent aléatoirement dans toute la masse. Elles améliorent la ductilité post-fissuration et peuvent se substituer aux treillis en soutènement temporaire.
Pour le soutènement structurel de tunnels, le dosage en fibres acier de 30 à 40 kg/m³ est standard, permettant d'atteindre la classe E700 sans treillis.
5. Mise en œuvre : règles opératoires
5.1 Préparation du support
La qualité de l'adhérence béton projeté / support est conditionnée par la préparation de surface. Les exigences NF EN 14487-2 §6.1 sont :
- Dépoussiérage et dégraissage : soufflage à l'air comprimé, élimination de toute laitance, huile ou produit de décoffrage
- Humidification du support (béton existant ou rocher) sans eau libre en surface : le support saturé surface sèche (SSS) est la condition idéale pour maximiser l'adhérence
- Pré-humidification des talus en sol : 24 h avant projection pour stabiliser l'hygrométrie
- Rugosité : pour la réhabilitation, sablage ou grenaillage pour atteindre une rugosité Ra ≥ 3 mm (EN ISO 8501)
5.2 Paramètres de projection
Distance lance / paroi : la distance optimale est 0,8 à 1,5 m en voie mouillée. Trop proche : compaction insuffisante, rebond par ricochet ; trop loin : perte d'énergie cinétique, affaissement du béton.
Angle de projection : perpendiculaire à la surface ± 10° est la règle. Un angle oblique crée des zones d'ombre derrière les armatures et augmente le rebond. Pour les angles rentrants (coins, arêtes), la projection en deux passes croisées est recommandée.
Vitesse de projection : en voie mouillée, la vitesse en sortie de lance est de 80 à 120 m/s. Elle est ajustée par la pression d'air (2 à 5 bar selon la longueur du tuyau).
Épaisseur par passe : en voie mouillée, une passe unique peut atteindre 10 à 15 cm sur paroi verticale (grâce à la prise rapide de l'accélérateur). Au-delà, le risque de glissement est élevé. Pour les épaisseurs > 20 cm, projection en plusieurs passes avec temps de repos entre couches.
5.3 Conditions climatiques
Le béton projeté est sensible aux conditions atmosphériques :
Température d'application : +5°C à +35°C
Vent : < 5 m/s (évaporation prématurée)
Humidité relative : > 50 % (cure)
Par temps chaud (T > 25°C), l'utilisation d'eau glacée ou d'azote liquide pour refroidir le béton est possible. Par temps froid (T < 5°C), le support doit être réchauffé et le béton projeté maintenu au-dessus de 5°C pendant au moins 48 h après application.
6. Contrôle qualité selon NF EN 14487 et EN 14488
La NF EN 14488 (en 8 parties) définit les méthodes d'essai spécifiques au béton projeté. En chantier, le contrôle porte sur :
Résistance à la compression : carottage dans la paroi (∅50 ou ∅100 mm) selon EN 14488-4, ou essai de pénétration à l'aiguille/marteau pour les jeunes âges (1 à 24 h) selon EN 14488-2.
Épaisseur : mesure par carottage ou par sonde d'épaisseur (clous témoins scellés avant projection selon EN 14488-1).
Adhérence : essai de traction directe (pull-off) selon EN 14488-4 — valeur minimale : 1,5 MPa pour la réhabilitation structurelle.
Énergie absorbée (béton fibré) : essai sur plaque 600×600 mm selon EN 14488-5 — charge au centre, mesure de l'énergie jusqu'à 25 mm de flèche.
Teneur en air : contrôlée sur béton frais avant injection de l'accélérateur, selon EN 12350-7.
7. Applications en bureau d'études structure
Soutènement de fouille (béton projeté cloué)
Le soutènement cloué associe béton projeté (15 à 30 cm) et clous passifs (barres HA ∅25 à ∅32 mm, L = 6 à 12 m, espacement 1,5 à 2,5 m en maille carrée). La note de calcul justifie la stabilité globale du massif (méthode des tranches, Bishop ou Fellenius), la résistance de chaque clou (traction + cisaillement) et la capacité du voile en béton projeté à transférer les efforts vers les clous via les plaques d'appui.
Réhabilitation de structures béton dégradées
En présence de béton carboaté, corrodé ou fissuré, la technique de projection permet d'appliquer un nouveau béton de qualité contrôlée sur des surfaces inaccessibles aux coffrages. La note de calcul doit vérifier l'état de liaison béton projeté / béton existant (cisaillement d'interface selon EN 1992-1-1 §6.2.5) et l'efficacité du renforcement en flexion ou en cisaillement.
Tunnels en méthode conventionnelle (NATM)
Le béton projeté est le revêtement provisoire appliqué immédiatement après l'excavation pour stabiliser le front. Son dimensionnement suit les recommandations AFTES GT38 : calcul par convergence-confinement, vérification des contraintes dans la coque sous pression de terrain, et justification de la ductilité par les classes d'énergie EN 14488-5.
FAQ — Béton projeté en bureau d'études
Quelle est la différence entre béton projeté et gunite ? Les deux termes désignent techniquement le même matériau. « Gunite » est le nom commercial déposé par la Cement Gun Company en 1910, initialement associé à la voie sèche. Par extension, le terme est souvent utilisé pour désigner le béton projeté par voie sèche, tandis que « béton projeté » recouvre les deux procédés selon la NF EN 14487.
Comment éviter les fissurations de retrait sur un voile de béton projeté ? Le retrait plastique est le principal risque sur les grandes surfaces. Mesures préventives : humidification du support avant projection, protection immédiate contre le vent et le soleil (bâche), cure par brouillard d'eau ou produit de cure pulvérisé dès la fin de projection, et fractionnement des surfaces en panneaux de 20 à 25 m² avec joints de retrait.
Le béton projeté peut-il être utilisé en classe d'exposition XS (environnement marin) ? Oui, sous conditions strictes. L'EN 14487 impose alors : E/C ≤ 0,45, dosage en ciment ≥ 360 kg/m³, utilisation de CEM III ou d'additions à effet pouzzolanique, enrobage ≥ 35 mm, et fibres synthétiques ou inox (les fibres acier standard sont incompatibles en XS en raison du risque de corrosion).
Quelle résistance d'adhérence minimum exiger dans un CCTP de réhabilitation ? La valeur couramment spécifiée est de 1,5 MPa en essai de traction directe (pull-off selon EN 14488-4), mesurée sur des plots de 50 mm de diamètre carottés dans le béton projeté durci. Certains maîtres d'ouvrage exigent 2,0 MPa pour les réhabilitations structurelles soumises à des contraintes de cisaillement élevées (poutres, voiles chargés).
Comment intégrer le béton projeté dans un calcul de renforcement aux Eurocodes ? Le béton projeté étant classé parmi les bétons courants de la NF EN 206, ses propriétés mécaniques (f_ck, f_ctm, E_cm) sont déterminées selon EN 1992-1-1 §3.1 à partir de sa classe de résistance. La liaison à l'interface avec le béton existant est vérifiée selon §6.2.5 (cisaillement d'interface), avec une contrainte de cisaillement admissible de l'ordre de 0,1 à 0,3 MPa selon l'état de surface et la présence d'armatures traversantes.
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