VI AVANT-PROPOS

À la suggestion de plusieurs de nos amis, nous avons réuni dans un même volume quelques-unes de nos conférences et la plupart de nos chroniques scientifiques, en les disposant suivant l’ordre logiqne ordinairement suivi dans les ouvrages de physique et d'astronomie.

C’est ce volume, sous le titre de Propos scientifiques, que nous présentons aujourd’hui au publie québecquois.

Nous n'avons fait aucun changement aux causeries qui en constituent la matière et nous avons voulu leur conserver le caractère vulgarisateur et élémentaire que nous leur avions donné lors de leur publication ; c’est par là, croyons-nous, qu'elles seront de quelque profit pour la majorité des lecteurs. et ce sera leur seul mérite.

Nous n’avons pas cru “écessaire d'indiquer presqu’à chaque page nos sources d'informations. Qu'il nous sufise de dire que nous avons puisé de nombreux renseignements scientifiques et surtout historiques dans les Ouvrages suivants: A. Berget, Physique du globe et Météorologie ; À. Berget, Ballons, Dirigeables et Aéroplanes ; Annuaires du Bureau des Longitudes pour 1909, 1912 et

AVANT-PROPOS Vi

1914; À. Angot, Traité élémentaire de Météorolo;: ; Petit & Leudet, Les Allemands et la Scien .; Jules Gay, Lectures scientifiques ; J.-H. Fabre, Les Inventeurs et leurs Inventions, etc.

Nous espérons que ces humbles pages, tout en Procurant à bon nombre de lecteurs la satisfaction d'une légitime curiosité, contribueront pour une certaine part à répandre de plus en plus le goût des sciences physiques et astronomiques.

Les journées des 17, 18, 19 et 20 septembre 1917 resteront mémorables dans les annales de la bonne ville de Québec. Arès de longues années d'efforts et d’espoirs, elle a vu se réaliser le projet gigantesque de relier par un pont métallique les rives escarpées du Saint-Laurent, etson triomphe, aux applaudissements du pays tout entier, la console des nombreuses déceptions dont le sort l’a trop souvent affligée plus qu’à son tour.

Pendant ces quatre jours désormais historiques, les péripéties de la guerre, les craintes inspirées par {a loi de conscription, furent rejetées au second plan ; tout l'intérét était concentré sur un point unique, mais d'importance capitale, la pose de la travée centrale, le parachèvement du pont de Québec.

(:) “La Nouvelle-Franre, novembre 1917 et janvier 191%.

C’est que le public québecquois s’était rendu compte qu'il allait être témoin d’un événement scientifique extraordinaire, qu’il allait assister, angoissé mais confiant, à une tentative hasardeuse sur laquelle étaient fixés les yeux des savants du monde entier et qui serait de nature à consacrer pour toujours la réputation des ingénieurs qui l’auraient exécutée.

Il s’agissait de: transporter, sur des pontons traînés par des remorqueurs, à plusieurs milles de: distance, en tenant compte des conditions si aléatoires du vent, du courant et de la hauteur de la marée, l’immense travée métallique de 640 pieds de longueur, et, ensuite, une fois assujettie à quatre lames d’acier, de la hisser à 150 pieds de hauteur pour l’accrocher enfin aux bras des cantilevers déjà construits, réalisunt ainsi l’arche de la plus grande portée entre piliers qui soit au monde !

Aussi l’affluence des visiteurs et des curieux fut considérable. De tous les points du pays et des États-Unis, une foule compacte, bravant l'heure matinale et les difficultés de transports, se pressait sur les grèves de St-Romuald, de Sillery et de Sainte-Foy, pendant que de nombreux

bateaux, bondés de voyageurs, s’approchaient aus:i près du pont que le permettait la consigne. Pendant les quatre jours qu’ont duré les travaux jusqu'au triomphe final, la foule ne cessa de circuler, témoignant par là de l'intérêt immense qu'elle attachait au succès de l’entreprise. Des familles entières, abandonnant leurs foyers à la garde des dieux lares, s'étaient installées, bien munies de comestibles, sur le rivage du fleuve et se promettaient bien, cette fois-ci, de ne pas manquer le coup...

On n'avait pas oublié, en effet, la catastrophe de l’année précédente, et bien qu’on fût plein de confiance dans la capacité des ingénieurs, on ne pouvait dissimuler un sentiment d'angoisse qui étreignait vaguement tous les cœurs: et si la majorité des gens s'étaient transportés là pour voir monter la travée, il y en avait aussi plusieurs qui étaient venus pour... la voir tomber! Ce sentiment curieux de la foule se traduit par cette réflexion d’une brave mère de famille, un peu lasse peut-être de la lenteur des opérations :

“ Allons-nous-en ! Vous voyez bien qu'elle ne tombera pas !”

En effet, elle n’est pas tombée, et, jeudi le 20 septembre, à 4 heures de l’après-midi, les vibrations stridentes des sifflets et des sirènes de tous les navires du port annonçaient l’heureuse issue des travaux! La travée centrale était en place, le pont de Québec était un fait accompli. Deo gratias ! - À l'occasion de ce grand événement d'actualité, nous ne pouvons nous dispenser de donner aux lecteurs de la Nouvelle-France quelques détails sur la construction et le parachèvement du pont de Québec. Laissant aux financiers le côté économique et aux ingénieurs les considérations techniques inaccessibles au plus grand nombre, nous resterons dans le domaine plus humble du physicien amateur, et nous nous efforcerons, de le manière la plus simple possible, de mettre en lumière les nombreux principes de mécanique et de physique que l’on a appliqués dans cette colossale construction.

On a choisi pour le pont de Québec le système cantilever, le seul peut-être possible, à raison de

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la largeur du fleuve et de Ja profondeur de l’eau. Ce système, en effet, permet des portées plus grandes entre piliers que les ponts ordinaires à treillis métalliques, et offre plus de garanties de solidité pour les poids lourds que les ponts suspendus sur câbles.

Qu'est-ce donc que ce système, et quelles en sont les caractéristiques essentielles ?

Imaginons deux piliers en maçonnerie installés sur le fond du fleuve et aussi rapprochés l’un de l’autre que le permet la profondeur croissante de l'eau. Sur chacun de ces piliers on dispose une. immense structure métallique formée de poutres d’acier entre-croisées et se comportant comme un tout rigide indéformable. Cette structure se compose de deux quadrilatères parallèles à diamètres inégaux, réunis par des poutres transversales et dont la distance est égale à la largeur du pont. Les deux petits diamètres de ces quadrilatères constituent les poteaux qui s’appuient sur les piliers, et le plancher qui unit les deux plus grands sera le tablier du pont.

Si l’on suppose alors une construction de ce genre sur chacun des piliers, on réalise quatre bras

métalliques, dont deux s’avancent vers le centre de la rivière, mais sans se rejoindre, et dont les deux autres se dirigent vers le rivage.

Si les deux bras de ces structures étaient de même longueur et de poids égaux, elles se tiendraient d'elles-mèmes en équilibre sur les piliers. Mais il n’en est pas ainsi : les bras des cantilevers qui se dirigent vers le milieu de la rivière sont plus longs et plus lourds que ceux qui vont vers les rivages. Comme les deux premiers seront unis par une travée centrale et que celle-ci, outre son propre poids, devra supporter la charge de tout ce qui passera sur le pont, il en résulte un surcroît de poids qui tend à faire basculer les cantilevers vers le fleuve. C'est pour lutter contre cette surcharge que l’on fixe les deux autres bras à des piliers d'ancrage installés sur le rivage ; le mouvement de bascule ne peut se produire que si ces piliers d'ancrage sont arrachés de leur fondation. On peut donc dire que toute la solidité du pont dépend de ces piliers, de leurs masses, de leurs poids et de la manière dont ils sont fixés aux bras de la structure métalli-

ils jouent, en quelque sorte, le rôle des

que ;

tenant atieemns aire

LE PONT DE QUÉBEC 7 Se ES ef

poids qu’il faut placer dans l’un des plateaux d’une balance pour équilibrer une charge placée dans l’autre plateau.

D'après ce que nous venons d'expliquer, et qu’il est difficile de rendre clair en l’absence de toute vignette ou de tout schéma, un pont cantilever n’est rien autre chose qu'un système à bascule compensé par un ancrage sur chacune des rives du fleuve. Relions maintenant les piliers d'ancrage aux sommets des falaises par des passerelles métalliques, et le pont est complété.

Ceux qui ont vu le pont de Québec, — et qui ne l’a pas vu !— peuvent se rendre compte maintenant qu'il répond bien à la courte et incomplète description que nous venons de donner du système cantilever, et cette description fera mieux comprendre les quelques détails que nous allons donner sur ses principales dimensions.

Le pont cantilever proprement dit s’étend d’un pilier d’ancrage à l’autre; cette longueur comprend les deux structures métalliques s’appuyant sur les piliers principaux et la travée centrale qui les joint. Chaque structure se compose

de deux bras, celui qui se dirige vers le centre du

fleuve et qu'on appelle le bras cantilever, et celui

ni s’avance vers le rivage, appelé le bras d’ancrage. Chaque bras cantilever mesure 580 pieds de longueur et chaque bras d'ancrage 515 pieds ; la longueur de la travée centrale est de 640 pieds, ce qui fait une longueur de 2830 pieds pour l’ensemble du pont cantilever proprement dit, Ajoutons à cela deux passerelles d'approche aux deux rives nord et sud, la première longue de 270 et la deuxième de 140 pieds, et l’on aura, pour l’ensemble du pont, une longueur totale de 3,240 pieds, avec une largeur de 88 pieds à l’intérieur de la structure, et de 100 pieds à l'extérieur.

La longueur la plus importante à signaler est celle qui sépare les deux piliers principaux ; c’est l’arche métallique de la plus longue portée qui soit au monde : elle mesure 1,800 pieds de longueur et dépasse de 90 pieds chacune des arches du femeux cantilever de lu Forth, en Écosse : c'est cette hardiesse architecturale qui est la note caractéristique du pont de Québec, et qui en fait une des merveilles du monde.

Le tablier du pont, au niveau des rails, s'élève à une hauteur de 163 pieds au-dessus du niveau

Métis

de la marée haute ; la hauteur des poteaux principaux, au-dessus du sommet des piliers, est de 320

pieds, et de 370 pieds au-dessus du niveau extrême

de la marée basse.

Les piliers principaux et les deux piliers d’ancrage constituent des masses de maçonnerie de dimensions colossales. On assure qu'ils contiennent 106,000 verges cubes de béton et plus de pierres qu’il y en a dans les fondations de toutes les maisons de Québec. Le pilier principal nord mesure 180 pieds de long, 60 pieds de large et 106 pieds de haut : les dimensions de celui du sud sont 180 pieds de long, 55 pieds de large et 126 pieds de haut. La plus grande partie de ces piliers s'enfonce sous terre, puisqu'ils ne s'élèvent que de 47 pieds au-dessus du niveau de la marée basse.

Enfin, le pilier d’ancrage sud mesure 128.

pieds de long, 28 pieds de large et 125 pieds de. haut au-dessus du niveau du sol; celui du nord a pour dimensions 128 pieds de long, 29 pieds de large et 138 ieds de haut.

Quant aux poids des différentes parties de la structure métallique, citons les principaux : chaque poteau principal pèse 5,560 tonnes ; ce poids,

ajouté à celui du bras d’ancrage, s'élève à 17,000 tonnes, et celui du bras cantilever est de 13,000 tonnes, L'on voit que les bras cantilevers sont de 65 pieds plus longs et pèsent près de 2,000 tonnes de plus que les bras d’ancrage. Le poids de la travée centrale est de 5,600 tonnes et le poids total de toute la structure métallique atteint le chiffre énorme de 66,000 tonnes.

La longueur de la travée centrale surpasse de 80 pieds deux fois la lon gueur de l’Université Laval, et le pont dans son entier vaut environ 11 fois et demie la longueur de cette même bâtisse. Le sommet de la croix qui surmonte le clocher central de l’Université est à 210 pieds au-dessus du niveau du sol; cette hauteur ne dépasse que de 47 pieds celle du tablier du pont au-dessus du niveau du fleuve. La hauteur des poteaux prin- <ipaux des cantilevers au-dessus des piliers est de 110 pieds plus considérable que celle de la même croix de l’Université, et cette dernière est de 160 pieds moins élevée que le sommet de ces mêmes poteaux au-dessus de l'extrême niveau de la marée basse du fleuve.

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Suivant un autre mode de comparaison avec des longueurs familières à plusieurs de nos lecteurs, on trouve que la travée centrale, placée sur Esplanade de Québec, occuperait toute la distance qui sépare la rue Saint-Louis de la rue Sainte- Anne ; la longueur totale du pont, de rive à rive, couvrirait l’espace qu’il y a entre le Château Frontenac et la partie la plus éloignée du manège militaire, et la longueur de l’arche métallique qui unit les deux piliers principaux serait représentée par la distance qu’il y a, sur la Grande-Allée, entre les bâtisses du Parlement et l’église des Sœurs

Franciscaines. *

Nous ne pouvons entrer dans le détail des calculs nombreux et difficiles que la construction du pont de Québec a sans doute exigés ; il nous suffira de quelques considérations pour en faire valoir l’importance et la complexité.

En premier lieu, l’on pourrait peut-être croire que la solidité de la structure métallique dépend de la quantité de fer employé, en un mot, que tout

se borne à ne pas ménager les matériaux ; à ce

12 PROPOS SCIENTIFIQUES nn

point de vue, l’on aurait le maximum de sécurité et de force en construisant une structure massive, un véritable tunnel d'acier.

Ce serait là une grave erreur. En effet, la force de résistance d’un mécanisme, d’une construction quelconque, n’est pas proportionnelle à l’augmentation de ses dimensions ; car il faut tenir compte du poids de cette construction, lequel croît comme le cube des dimensions, tandis que la force n’augmente que comme le carré. Ilen résulte que cette force diminue très vite à mesure que le poids augmente, et que l’on ne peut pas juger de la force d’une machine par celle de son modèle. Un pont métallique massif, long comme celui de Québec, ne pourrait certainement pas se soutenir lui-même et s’écroulerait sous son propre poids.

C’est pour cette même raison que les gros animaux, toutes proportions gardées, sont beaucoup moins forts que les plus petits. Un oiseau-mouche est incomparablement plus fort qu’un aigle, et cette vérité est encore plus manifeste pour les insectes. Une fourmi peut transporter des objets beaucoup plus lourds et beaucoup plus gros qu’elle,

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elle peut grimper verticalement, en soulevant son poids, avec une grande aisance et une grande rapidité, ce qui serait impossible pour un gros animal. Comparons, par exemple, une puce avec un éléphant : outre que la puce peut exécuter des bonds gigantesques pur rapport à sa grosseur, sa force prodigieuse lui permet de traîner 1,200 fois son poids ; un éléphant pourrait-il traîner 1,200 éléphants?...

Si nous appliquons ces principes à la construction des ponts, l’on voit qu'il faut chercher à obtenir la plus grande force de résistance avec le maximum de légèreté. C’est pour cela que la structure métallique se compose d’un treillis de poutres entre-croisées, présentant de nombreux vides et, par suite, relativement très léger.

Il en est de même de la forme à donner aux poutres elles-mêmes ; cette forme se déduit du principe suivant, énoncé par Galilée : une barre creuse résiste mieux à la rupture par flexion qu’une barre massive de même substance, sous même quantité de matière. Supposons, en effet, une barre horizontale fixée par l’une deses extrémités :; si l’on applique, à l’autre extrémité, une force

qui tend à produire une certaine flexion, il est facile de se rendre compte que les molécules de la partie supérieure subissent un effet de traction qui tend à les séparer, tandis que celles de la partie inférieure sont comprimées ; vers le centre de la barre, les molécules n’éprouvent que peu de changement de distance, de sorte qu’il y a avantage de les enlever pour les reporter sur les surfaces extérieures. On aura alors un tube dont toute la matière travaillera pour résister à la flexion et à la rupture.

Les applications de ce principe de Galilée sont très nombreuses : les plumes des oiseaux, les os

longs des animaux, qui doivent être à la fois légers

et résistants, ne sont que des tubes à parois plus ou moins épaisses ; on construit, pour .les vaisseaux, des mâts creux au moyen de dou-2s assemblées ; on fait des meubles légers et très solides avec des tubes de fer, on remplace des colonnes massives par des colonnes creuses de fonte, mais surtout on applique heureusement ce même principe dans la forme à donner à la section des poutres employées dans la construction des édifices et en particulier des ponts. Cette forme est celle d’un

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double T, c’est-à-dire que la poutre est formée d’une bande métallique verticale terminée en dessus et en dessous par deux autres bandes horizontales ; cette poutre est aussi résistante que si elle était massive, et elle est évidemment beaucoup plus légère.

‘ est grâce à cette propriété que l’on peut, comme on l’a fait dansle pont de Québec, diminuer de beaucoup les effets désastreux du poids dans les constructions métalliques sans nuire à la solidité.

On peut même remplacer la bande verticale d’une poutre par un fort treillis composé de lames entre-croisées. Les passerelles d'approche du pont de Québec offrent un exemple de cette disposition.

Mais les caïculs les plus importants que l’on a eu à faire sont ceux qui sont relatifs à la résistance des matériaux, et il fallait prévoir les charges que peut subir une poutre avant de se rompre par flexion ou par tension. Les charges varient avec la longueur et la forme de la : ection des poutres.

Supposons une poutre fixée par l’une de ses extrémités et appliquons une force, à l’autre extrémité, tendant à produire la rupture. Les études entreprises par de nombreux physiciens ont fait

voir que la force nécessaire pour produire la rupture d’une barre est en raison inverse de sa longueur, proportionnelle à la largeur, et proportionnelle au carré de l’épaisseur, ce qui veut dire

qu’une barre résistera d’autant mieux qu’elle sera

plus courte et plus épaisse, et qu’en particulier, la résistance augmente beaucoup plus vite avec l'épaisseur qu'avec la largeur. Il résulte de ces lois qu’il y aura avantage de donner à la section des poutres la forme d’un rectangle allongé, plutôt que celle d’un carré, et de prendre le plus grand côté comme épaisseur.

C’est ainsi qu’un simple madrier placé sur la tranche constitue une poutre de très grande résistance, et l’on sait que c’est cette disposition que l’on emploie universellement dans toutes les constructions.

Nous venons de dire qu’une poutre est d'autant plus résistante qu’elle est plus courte ; sa résistance augmente encore si elle est fixée par ses deux extrémités, parce que, précisément, elle se comporte comme une poutre de longueur moitié moindre.

Tous ces principes ont été appliqués dans la construction de la structure métallique du pont

de Québec ; disposition à donner aux différentes poutres, dans

il a fallu en tenir compte dans la

la forme à adopter pour leurs sections et dans le calcul des longueurs exposées aux efforts de flexion ou de rupture. On conçoit facilement le travail qu’a nécessité, de la part des ingénieurs, l'application rigoureuse de ces lois sur une si grande échelle, et le mérite qui leur revient de l’avoir mené à bonne fin.

La qualité des matériaux à employer était aussi de la plus haute importance. Depuis un certain nombre d’années, l’acier a remplacé le fer dans toutes les constructions métalliques, parce qu'il est plus tenace , plus résistant, et qu’il offre, par suite, plus de garanties de solidité.

L'on sait que l’acier est une combinaison du fer avec une légère proportion de carbone, mais l’on emploie aussi plusieurs autres métaux pour former des aciers jouissant de propriétés particulières : tels sont les aciers au nickel, au manganèse, au molybdène, au tungstène, etc.

Dans la construction du pont de Québec, on a choisi des espèces différentes d’acier, suivant que

les poutres, d’après leurs positions dans la struc-

ture métallique, devaient subir des efforts de flexion ou de compression. C’est grâce aux derniers perfectionnements de la science métallurgique qe l’on a pu réaliser une structure aussi colossale et afpasser, dans l’envergure de l’arche centra-

le, toutes les hroportions tentées jusqu’à présent.

Enfin, l’étude de la dilatation de la structure métallique n’était pas sans importance. L'on sait que tous les métaux s’allongent sous l’influence de la chaleur et que chacun d’eux a un cocficient spécial de dilatation.

De plus, la dilatation se produit avec une force considérable, et les différentes parties d’une construction métallique doivent être disposées de telle façon qu’elles puissent se dilater librement : s’il n’en était ainsi, elles se courberaient sous l’effort de la chaleur, ce qui serait une menace sérieuse pour la construction elle-même.

C’est pour cette raison que, dans la construction des lignes de chemins de fer, on laisse un espace entre les deux tronçons voisins des rails ; c’est pour cela également que les grilles des chaudières des machines à vapeur doivent avoir du Jeu

dans la maçonnerie qui les soutient.

Le pont Victoria de Montréal, le plus grand pont du monde lors de sa construction, présente

un exemple remarquable des effets de la dilata-

tion. A cause de son orientation par rapport aux points cardinaux, les deux côtés du pont sont successivement chauffés par le soleil, le matin et l’après-midi. La dilatation le courbe alors sous forme d’un arc de cercle, dans deux sens opposés. Cette déformation n’est certes pas visible à l’œil, mais se fait sentir pratiquement sur les boulons qu’ellefait souvent sauter avec une grande énergie.

Comme le pont de Québec devait être exposé à des variations notables de température, il a fa'iu calculer les allongements possibles de toutes les pièces du pont et de ses différentes sections, et prendre des dispositions spéciales pour permettre aux dilatations de s’effectuer sans danger

de déformation.

Il nous faut maintenant parler de la construction des piliers ainsi que de l'érection et de la suspension de la travée centrale aux bras cantilevers.