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Structure Tension maximale pour un plancher ondulé

D. E. |  le 04/09/2008  |  ArchitectureEuropeGros œuvre

A Lausanne (Suisse), Losinger achève une dalle en béton armé partiellement voûtée de 120 x 160 m. L’ouvrage destiné à accueillir des étudiants est doté de onze arcs de 31 à 90 m de portée, sous-tendus et positionnés entre patios.

«Techniquement, c’est l’un de nos projets de construction les plus ambitieux… » Kazuyo Sejima et Ryue Nishizawa, architectes japonais*, résument ainsi le défi lancé à l’entreprise Losinger pour réaliser le futur centre pédagogique de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne qu’ils ont conçu. En effet, avec ses onze arcs en béton armé de 31 à 90 m de portée générant des efforts de précontrainte atteignant 55 000 t au total, le plancher du centre s’apparente davantage à un ouvrage de génie civil que de bâtiment. Ce dernier supportera sur un seul niveau, posé sur un niveau de parking, un vaste lieu de rencontres pour les étudiants. L’école se présentait jusqu’ici comme une juxtaposition de bâtiments techniques.

Mi-voûtes, mi-coques

Disposé comme un open space sous une charpente métallique, le futur centre abritera notamment une bibliothèque de 700 places. Particularité : son plancher en béton armé travaillant à 500 kg de surcharge d’exploitation est doté de deux zones ondulées à courbures aléatoires. Elles sont traversées par dix patios circulaires sur les quatorze destinés à baigner de lumière naturelle ce bâtiment compact de 120  x 160 m. Imaginées à l’origine par les architectes comme des coques (structure uniformément autoporteuse), ces parties ondulées ont finalement été conçues par les constructeurs comme des voûtes renforcées d’arcs en béton armé.

La petite ondulation est une voûte de 40 cm d’épaisseur environ, qui compte quatre arcs de 31 à 41 m de portée. La grande voûte de 80 cm d’épaisseur en compte sept de 55 à 90 m de portée. Toutes sont sous-tendues par des câbles de précontrainte filant dans la dalle du plancher haut du parking sur lequel s’appuie le centre. Le parking est lui-même posé sur une forêt de 590 pieux de 50 et 60 mm, enfoncés à 25 m de profondeur, et 24 pieux de 90 mm.

« Il a fallu que l’architecte déplace des patios dans son projet pour obtenir une structure simple avec des arcs bien placés tout en conservant les formes aléatoires des voûtes qu’il souhaitait », commente Eric Maïno, directeur exploitation chez Losinger, l’entreprise chargée du gros œuvre. De même, la pente des voûtes à proximité de leurs zones d’appui a été augmentée pour garantir le bon fonctionnement des arcs générant les efforts de précontrainte dans le plancher haut du parking (le rapport hauteur/portée de l’arc atteint 1/13 à 1/18, contre 1/10 habituellement).

Cinquante heures de coulage non-stop

Une fois le concept de structure mis au point, le dimensionnement des voûtes s’est fait à partir de calculs par éléments finis. Le modèle numérique a aussi permis de déterminer la géométrie exacte des 1 480 tables de coffrage de 2,5 x 2,5 m toutes différentes en altimétrie. Ces dernières sont constituées de quatre étais portant deux madriers, sur lesquels une série de solivettes découpées sur mesure porte le panneau OSB faisant office de cintre (10 000 solivettes au total). La peau du coffrage est obtenue par une peinture polyuréthane. Ce dispositif permet d’obtenir l’altimétrie exacte des coffrages avant coulage, et une finition de grande qualité en sous face de la voûte. Côté ferraillage (jusqu’à 470 kg/m3 de béton), les voûtes utilisent notamment des barres de 50 mm de diamètre, spécialement réalisées par Arcelor-Mittal au Luxembourg (une première pour la Suisse, selon Eric Maïno). Pour atteindre les portées des voûtes, elles sont aboutées et soudées sur le chantier.

Les 800 m3 de béton de la petite voûte ont été coulés, le 18 avril, sous haute surveillance, en une seule passe de douze heures. Ce premier coulage avait valeur de test pour le second de 4 200 m3, débuté le 11 juillet et achevé quarante-huit heures plus tard sans interruption. « Le béton choisi, un C50/60 offrant 90 MPa de résistance à la compression à 90 jours, présente un très faible retrait et une très faible chaleur d’hydratation », précise Eric Maïno. Ouvrable trois heures, ce béton est thixotropant, ferme, mais souple à mettre en œuvre. Le chantier était approvisionné par une noria de 20 toupies depuis les deux centrales Holcim distantes de 4 et 15 km.

« L’équipe de Losinger s’est régalée en difficultés techniques sur ce chantier », poursuit le directeur. « Cette architecture inédite est complètement différente de tout ce que nous avons fait jusqu’ici et sans agressivité », commente Nicolas Henchoz, directeur de l’EPFL. La célèbre institution veut en effet créer une « icône » pour le campus et pour le canton, qui se substitue à l’empilement de laboratoires qui ont néanmoins participé à la réputation de l’école…

PHOTO - Tech67 lausanne6.eps
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CARTE - Tech67 lausanne1.eps
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