[TO] Règles techniques Charpente

La cathédrale déploie ses coques de bois

Mots clés : Bois - Établissements de culte, funéraire - Ossature - Produits et matériaux - Second oeuvre

Installée sur le site d’une ancienne église, la cathédrale de Créteil (Val-de-Marne) se caractérise par sa charpente en bois de 22 m de haut. Réalisée à partir d’arcs en lamellé-collé, cette ossature symbolise deux mains jointes. La surtoiture du bâtiment fait écho à sa structure.

En cours de construction sur le site de l’ancienne église Notre-Dame édifiée en 1978, la cathédrale de Créteil (Val-de-Marne) n’aura plus rien à voir avec l’ancien édifice religieux. Conçue par l’architecte Charles-Gustave Stoskopf, l’église d’origine devait être discrète et modeste pour recevoir entre 300 et 600 fidèles. Devenue cathédrale en 1987, elle n’était plus assez grande pour accueillir les célébrations diocésaines, ni assez visible – sa hauteur ne dépassait pas 6 m – dans le paysage urbain. C’est pourquoi l’évêque de Créteil a souhaité une église plus imposante. Mais cela soulevait deux difficultés. Le bâtiment étant imbriqué dans le tissu urbain dense du quartier, il était à peine possible de dépasser les limites de l’emprise de l’ancienne construction. Autre contrainte, les sous-sols de l’ancienne cathédrale étaient utilisés par les services de l’évêché, eux-mêmes logés dans les bâtiments adjacents, et cette configuration devait être conservée. « Afin de tenir compte de ce contexte, nous avons opté pour une forme en coupole, basée sur le tracé du plan du bâtiment d’origine », explique Alain Bretagnolle, architecte du projet pour l’agence AS Architecture-Studio.

Le nouvel édifice présente la particularité de déployer deux coques sphériques. Elles symbolisent deux mains jointes qui se rencontrent au-dessus de l’autel. Ces deux demi-sphères culminent à 22 m et donnent une nouvelle dimension à l’édifice dans le quartier. Afin de porter sa capacité d’accueil à 1 200 fidèles, tout en tenant compte des sous-sols de l’évêché, une poutre-treillis métallique a été mise en place dans la coque sud. Elle sert à la fois à reprendre les charges de la charpente et à accueillir des gradins en béton. Chacune des deux coques, qui constituent la charpente, présente donc ses spécificités propres. Ainsi, au sud, du côté des gradins, les arcs en bois lamellé-collé sont plus longs et présentent un rayon de courbure plus faible. Ils sont fixés sur le treillis métallique qui supporte les gradins en béton. A l’inverse, les arcs côté nord sont plus courts et plus plans. Ils sont fixés dans le socle en béton au niveau du sol. La conception de ces deux ensembles a obligé les bureaux d’études structure, qu’il s’agisse de bois ou de métal, à travailler en trois dimensions. « En charpente bois, nous concevons en 3D depuis longtemps. En l’occurrence, nous avons utilisé le logiciel suisse Cadwork », explique Laurent Clère, gérant du BET structure bois Arborescence.

Vêture préfabriquée

Un autre morceau de bravoure du chantier concerne la surtoiture du bâtiment. Les architectes auraient aimé garder apparente la structure formée par les arcs en bois, mais ceux-ci devaient être protégés des intempéries afin de conserver leurs propriétés structurelles. La solution va consister à installer une vêture préfabriquée au-dessus de l’étanchéité. La difficulté sera de fixer ces modules sur la charpente. Plus de 800 plots métalliques vont permettre la fixation des modules. Posés avec soin, ils devront absorber les derniers ajustements pour obtenir une surtoiture continue sur toute la surface de l’édifice. Ces plots serviront également à installer la verrière, qui trace un bandeau lumineux sur toute la longueur de la coque sud. La livraison de la cathédrale est prévue en avril 2015, pour un budget de travaux de 5,5 millions d’euros HT.

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Jérémie Chabrier, ingénieur structure et associé du BET T/E/S/S.

L’un des éléments les plus sensibles du chantier réside dans l’interaction entre la coque en bois et les gradins. Ces derniers, adossés au treillis métallique, ont leur propre déformation, qui ne devait pas impacter la charpente. Le phasage du montage a permis de régler le problème, avec la mise en œuvre de la structure métallique d’abord, puis la pose des éléments préfabriqués en béton et, enfin, la mise en place de la structure en bois. Nous avons imposé des déplacements permanents plus importants aux gradins, ce qui réduit l’impact sur la coque en bois.

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Charpente - Concevoir et optimiser une géométrie complexe

Toute la complexité de la charpente réside dans sa géométrie, puisqu’il ne s’agit pas d’une demi-sphère, mais de deux coques aux rayons de courbure différents, qui se rencontrent au-dessus de l’autel, symbolisant deux mains jointes, imaginées par les architectes du projet. Ainsi, les arcs de la coque nord sont courts et peu courbés, tandis que ceux de la coque sud sont plus longs et beaucoup plus courbés. Traduire cette image dans la réalité a déjà demandé 3 500 heures de travail au BET structure bois Arborescence. « Chaque pièce de bois et de métal a sa géométrie propre, ce qui a obligé à concevoir les pièces presque à l’unité », souligne Laurent Clère, gérant d’Arborescence. Les arcs ont donc été fabriqués en usine, grâce à une machine à commande numérique. Sur le chantier, le point d’orgue du montage a eu lieu en juillet lors de l’assemblage des premiers arcs, « moment où l’instabilité est la plus forte », souligne Laurent Clère. Les arcs nord et sud ont été triangulés et stabilisés par des tire-forts, le temps de leur fixation à la poutre de liaison en lamellé-collé. Le système statique permet à chaque arc nord d’équilibrer un arc sud, de façon à éviter une trop grande poussée au vide. Une fois les premiers arcs assemblés, le reste du montage a nécessité un mois. La pose de la volige en chevron a ensuite permis de rigidifier la structure, avant la pose du pare-vapeur bitumineux. Ce dernier a été recouvert de panneaux semi-rigides en laine de roche, eux-mêmes supports de la membrane d’étanchéité. Un millier de plots métalliques, dont les coordonnées ont été relevées avec précision, permettront ensuite la fixation des modules de surtoiture. La durée de leur montage est estimée à cinq semaines par coque environ.

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Vêture - Des lattis bois préfabriqués

Les difficultés de ce chantier tiennent à la forme de la charpente. Il s’agit bien de deux demi-sphères dont les arcs sont mis en œuvre en parallèle. Les arcs étant structurels, ils devaient être protégés des intempéries. Afin de réaliser cette surtoiture tout en conservant la forme spécifique des deux coques, des modules préfabriqués seront bientôt fixés sur la charpente. Ces modules sont constitués de lattis cintrés à froid, fixés sur des crémaillères en acier. La complexité pour ces éléments consiste à reproduire la forme sphérique de chaque coque tout en conservant le parallèle des lattis. « Sur chaque module, il était nécessaire de pouvoir cintrer les lattis bois sans créer d’effet de ventre en partie centrale et ainsi préserver la continuité des courbes à l’échelle de la toiture », précise Jérémie Chabrier, ingénieur structure chez T/E/S/S. La solution a consisté à découper numériquement les crémaillères, qui servent ainsi de gabarits pour le cintrage. Des plats d’acier soudés sur les crémaillères servent ensuite au cintrage avec a minima quatre fixations par lattis. Afin de masquer la structure des modules, une tôle perforée sera ajoutée derrière les lattis. Elle servira à ventiler la sous-face et limitera le rejaillissement d’eau en cas de pluie. Le traitement du bois par autoclave devra ensuite préserver l’uniformité des teintes dans le temps.

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Fiche technique

Maître d’ouvrage : Créteil Cathédrale, Eglise catholique du Val-de-Marne. Maître d’ouvrage délégué : Chantiers du Cardinal. Assistant au maître d’ouvrage : Tewako. Architecte : AS. Architecture-Studio. BET : T/E/S/S (structure), Arborescence (structure bois), Louis Choulet (ITC), Eco-Cités (économiste), Ava (acoustique). Bureau de contrôle : Qualiconsult. Entreprise macrolot 1 : Léon Grosse. Macrolot 2 (coques, charpente, enveloppe) : Fargeot, Arbonis (cotraitant), Cabrol (charpente métallique).

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