Le système qui a empêché Venise de couler pendant plus de 1 600 ans

Comme le savent tous les habitants de la ville, Venise est une forêt à l'envers.

Cette ville vieille de 1 604 ans repose sur des millions de pieux en bois courts, plantés dans le sol, pointe vers le bas.

Ces arbres – mélèzes, chênes, aulnes, pins, épicéas et ormes, d'une longueur allant de 3,5 m à moins d'un mètre – soutiennent depuis des siècles des palais en pierre et de hauts clochers, véritable prouesse d'ingénierie exploitant les forces de la physique et de la nature.

Dans la plupart des structures modernes, le béton armé et l'acier assurent le travail que cette forêt inversée accomplit depuis des siècles. Mais malgré leur solidité, peu de fondations aujourd'hui pourraient durer aussi longtemps que celles de Venise.

"De nos jours, les pieux en béton ou en acier sont conçus avec une garantie de 50 ans", explique Alexander Puzrin, professeur de géomécanique et d'ingénierie des géosystèmes à l'ETH Zurich, en Suisse.

Bien sûr, ils pourraient durer plus longtemps, mais pour la construction de maisons et de structures industrielles, la durée de vie standard est de 50 ans.

La technique des pieux vénitiens est fascinante par sa géométrie, sa résistance séculaire et son ampleur.

Personne ne connaît précisément le nombre de millions de pieux qui se trouvent sous la ville, mais on compte 14 000 poteaux de bois serrés les uns contre les autres dans les fondations du seul pont du Rialto, et 10 000 chênes sous la basilique Saint-Marc, construite en 832 après J.-C.

Comment ils l'ont fait

Les pieux étaient enfoncés aussi profondément que possible, en commençant par le bord extérieur de la structure et en remontant vers le centre des fondations, généralement à raison de neuf pieux par mètre carré en spirale.

Les têtes étaient ensuite sciées pour obtenir une surface régulière, située sous le niveau de la mer. Des structures transversales en bois – zatteroni (planches) ou madieri (poutres) – étaient posées par-dessus.

Sur ces fondations en bois, les ouvriers posaient les pierres du bâtiment.

La République de Venise commença rapidement à protéger ses forêts afin de fournir suffisamment de bois pour la construction, ainsi que pour les navires.

"Venise a inventé la sylviculture", explique Nicola Macchioni, directeur de recherche à l'Institut de bioéconomie du Conseil national de la recherche italien, en référence à la pratique de la culture des arbres.

Venise n'est pas la seule ville à utiliser des pieux en bois pour ses fondations, mais des différences essentielles la rendent unique.

Amsterdam est une autre ville partiellement construite sur des pieux en bois. Ici, comme dans de nombreuses autres villes d'Europe du Nord, ils s'enfoncent jusqu'au substrat rocheux et fonctionnent comme de longues colonnes, ou comme les pieds d'une table.

"Ce qui est acceptable si la roche est proche de la surface", explique Thomas Leslie, professeur d'architecture à l'Université de l'Illinois.

Sur les rives du lac Michigan aux États-Unis, où Leslie est basé, le substrat rocheux pourrait se trouver à 30 mètres de profondeur.

"Trouver des arbres aussi grands est difficile, n'est-ce pas ? On raconte qu'à Chicago, dans les années 1880, on essayait d'enfoncer un tronc d'arbre sur un autre, ce qui, comme vous pouvez l'imaginer, s'est avéré infructueux. Finalement, on a compris qu'on pouvait compter sur la friction du sol."

Le principe repose sur l'idée de renforcer le sol en plantant autant de pieux que possible, augmentant ainsi considérablement la friction entre les pieux et le sol.

Le terme technique pour cela est la pression hydrostatique, ce qui signifie essentiellement que le sol "agrippe" les pieux si plusieurs sont insérés de manière dense au même endroit, explique Leslie.

En effet, les pieux vénitiens fonctionnent de cette manière : trop courts pour atteindre le substrat rocheux, ils maintiennent les bâtiments debout grâce à la friction. Mais l'histoire de ce mode de construction remonte encore plus loin.

Cette technique a été mentionnée par l'ingénieur et architecte romain du Ier siècle, Vitruve ; les Romains utilisaient des pieux immergés pour construire des ponts, eux aussi proches de l'eau.

En Chine, les portes d'eau étaient également construites avec des pieux à friction. Les Aztèques les utilisaient à Mexico, jusqu'à l'arrivée des Espagnols, qui ont démoli la ville antique et construit leur cathédrale catholique par-dessus, note Puzrin.

"Les Aztèques savaient construire dans leur environnement bien mieux que les Espagnols plus tard, qui ont maintenant d'énormes problèmes avec cette cathédrale métropolitaine [où le sol s'affaisse de manière inégale]."

Puzrin dirige un cours de troisième cycle à l'ETH qui étudie les défaillances géotechniques célèbres. "Et c'est l'un de ces échecs. Cette cathédrale de Mexico, et Mexico en général, est un musée à ciel ouvert où l'on découvre tout ce qui peut mal tourner dans ses fondations."

Pourquoi le bois ne pourrit-il pas ?

Après plus d'un millénaire et demi sous l'eau, les fondations de Venise ont fait preuve d'une remarquable résilience. Elles ne sont cependant pas à l'abri des dommages.

Il y a dix ans, une équipe des universités de Padoue et de Venise (départements allant de la foresterie à l'ingénierie et au patrimoine culturel) a étudié l'état des fondations de la ville, en commençant par le clocher de l'église des Frari, construit en 1440 sur des pilotis en aulne.

Le clocher des Frari s'enfonce de 1 mm par an depuis sa construction, pour un total de 60 cm.

Comparés aux églises et aux bâtiments, les clochers ont un poids plus important réparti sur une surface plus petite et s'enfoncent donc plus profondément et plus rapidement, "comme un talon aiguille" explique Macchioni, qui faisait partie de l'équipe chargée d'étudier les fondations de la ville.

L'équipe a constaté que, dans toutes les structures étudiées, le bois était endommagé (mauvaise nouvelle), mais que le mélange eau-boue-bois maintenait l'ensemble (bonne nouvelle).

Ils ont démenti l'idée reçue selon laquelle le bois sous la ville ne pourrit pas car il est en milieu anaérobie, ou sans oxygène. Les bactéries attaquent le bois, même en l'absence d'oxygène.

Mais l'action des bactéries est beaucoup plus lente que celle des champignons et des insectes, qui agissent en présence d'oxygène.

De plus, l'eau remplit les cellules vidées par les bactéries, permettant aux piles de bois de conserver leur forme.

"Y a-t-il lieu de s'inquiéter ? Oui et non, mais nous devrions tout de même envisager de poursuivre ce type de recherche", déclare Izzo. Depuis l'échantillonnage effectué il y a dix ans, ils n'en ont pas prélevé de nouveaux, principalement en raison des contraintes logistiques. On ne sait pas combien de siècles les fondations dureront encore, précise Macchioni.

"Cependant, [elles dureront] tant que l'environnement restera le même. Le système de fondations fonctionne car il est composé de bois, de terre et d'eau." Le sol crée un environnement sans oxygène, l'eau y contribue et maintient la forme des cellules, et le bois assure la friction.

"Incroyablement beau"

Aux XIXe et XXe siècles, le bois a été complètement remplacé par le ciment dans les fondations. Ces dernières années, cependant, une nouvelle tendance de construction en bois a suscité un intérêt croissant, notamment avec l'essor des gratte-ciel en bois.

"C'est le matériau tendance du moment, et pour de très bonnes raisons", commente Leslie.

Le bois est un puits de carbone, il est biodégradable et, grâce à sa ductilité, il est considéré comme l'un des matériaux les plus résistants aux tremblements de terre.

Venise n'est pas la seule ville à posséder des fondations en bois, mais c'est « la seule [où la technique de friction a été utilisée] en masse qui subsiste encore aujourd'hui et qui est d'une beauté incroyable », ajoute Puzrin.

"Il y avait des gens qui n'avaient pas étudié la mécanique des sols ni la géotechnique, et pourtant ils ont produit quelque chose dont on ne peut que rêver, et qui a duré si longtemps."

*Les illustrations de cette histoire sont uniquement à des fins artistiques et ne sont pas une représentation fidèle des fondations sur pieux en bois sous Venise, qui sont serrées et n'ont pas de branches.