[TO] Règles techniques

Casse-tête géométrique pour une coque

Mots clés : Bois - Gros oeuvre - Produits et matériaux

LE CHANTIER Le pavillon de l’Utopie de l’Expo’98, à Lisbonne. LE PROGRAMME Couvrir un ovoïde de 20 000 m2 pour accueillir 17 000 personnes. LES SOLUTIONS Seize portiques en lamellé-collé de 120 m de portée maximale Structures en treillis à la membrure inférieure autoporteuse Toiture de 24 000 m2, percée de 9 sheds, couverte par 160 t de zinc.

Le site de l’Exposition universelle de Lisbonne commence à prendre réellement forme. Entre le pont Vasco-de-Gama et l’Oceanario, trois bâtiments se détachent : les palmiers métalliques de la gare de l’Orient, la grande halle des pavillons internationaux, et le pavillon de l’Utopie, dit « multiusos » (polyvalent). Futur « Bercy » de la capitale portugaise, ce dernier permettra de présenter le thème de l’exposition (1) à 17 000 personnes à la fois. Caractéristique : la charpente en sapin du Nord et la couverture en zinc sont de conception et de fabrication françaises.

« Les affinités entre le Portugal et la France y sont certainement pour quelque chose, estime Jean-Paul Perrin, chef du projet chez Weisrock. Toutefois, ce marché marque la reconnaissance d’un savoir-faire technique, assorti de deux avantages : le respect rigoureux de délais extraordinairement courts, et le coût contenu grâce à une offre en tandem charpente + couverture. » « Les lots sont séparés, mais nous avons vendu une coordination technique pour un produit (le zinc) peu utilisé au Portugal », précise Bruno Barthès, ingénieur d’UTB. Ce chantier est l’occasion pour les entreprises de devenir projeteurs, en profitant d’une grande liberté accordée par l’architecte, et de redécouvrir une maîtrise d’ouvrage « à l’ancienne », très présente, qui donne aux entreprises les moyens de remplir leur contrat.

Une structure qui travaille en coque

Si le pavillon de l’Utopie dessine en plan une sorte d’oeuf (20 000 m2 de surface au sol), son volume suggère, lui, une coque de bateau retournée, avec, à l’avant, une casquette formant auvent. La création de cette forme dans l’espace est obtenue à l’aide d’une structure tridimensionnelle : dans le sens transversal, perpendiculairement au grand axe, seize portiques à treillis parallèles, espacés de 9 m, dont la portée varie de 60 à 120 m ; dans le sens longitudinal, deux portiques de stabilité qui entretoisent les portiques principaux, en délimitant en plan la zone d’éclairage de la toiture. « Cette structure présente une complexité de formes exceptionnelle, souligne Jean-Paul Perrin. Les portiques principaux sont constitués de treillis non symétriques, dont les membrures offrent toutes des résistances différentes. Les portiques de stabilité sont, quant à eux, bombés en plan et en élévation. Enfin, les pieds de l’ensemble sont inclinés et cintrés. »

La particularité principale de ces treillis, dont la hauteur varie de 2 à 6 m, est géométrique : la membrure basse est beaucoup plus importante que la membrure haute. La première est en effet autoporteuse, et peut être posée seule et clavetée, avant d’être équipée des diagonales et de la membrure haute. Le montage de la charpente s’en trouve facilité, et l’esthétique respectée, en créant à l’intérieur du bâtiment des nervures importantes, équivalentes à celles réalisées en construction navale. « Le gabarit d’aujourd’hui résulte d’une variante au projet initial, ajoute Jean-Paul Perrin. La forme est beaucoup plus « englobante » que prévu, pour un volume admissible identique. Cela se traduit par une structure qui travaille en coque, avec des jambes de portiques moins « cassées », dont l’arrondi plus doux permet de couvrir les gradins en passant au plus près de leur sommet (à 20 m du sol). » Le pavillon de l’Utopie travaille donc plus en compression qu’en flexion, en réduisant de façon conséquente les moments dans les arcs. Deux nappes composées de pannes et de chevrons rigidifient l’ensemble : l’une accrochée aux membrures supérieures porte les sheds de couverture, l’autre sert à contrer le flambement et le déversement des membrures inférieures. Enfin, des butons en bois et des tirants métalliques relient les portiques, sans aucun parallélisme ni similitudes angulaires.

Lamellé-collé en trois éléments

Chaque portique dispose de deux jambes courbes qui participent à la description, autour de l’ovoïde, d’un tore de géométrie constante. Les jambes sont liées en tête par un cheneau horizontal qui reproduit une homothétie de l’ovoïde au sol. Au-dessus, un arc de cercle de 108,50 m de rayon relie les jambes. C’est par conséquent la translation de cet arc de cercle (de rayon constant) parallèlement au petit axe qui définit le volume, en fonction de l’éloignement ou du rapprochement de ses pieds sur le cheneau. « Cette variante de forme a facilité le transport des pièces, et permis de diminuer le nombre de joints, les portiques étant plus « rectilignes », relate Claudio Pires, gérant du chantier de Weisrock. Fabriqués dans les Vosges, les arcs étaient découpés en cinq ou six éléments, puis posés à plat sur les camions. Le gabarit portugais étant limité à 4 m, cette disposition devenait obligatoire, et a conduit à mettre en place trente-cinq convois exceptionnels, dont la largeur maximale atteignait 5 m, pour un parcours de 2 800 km ! »

Les poutres se composent de trois éléments identiques en lamellé-collé, de 13,5 cm d’épaisseur. Avant recollage, ils sont usinés pour réaliser les lamages nécessaires à l’introduction des fermes d’assemblage entre eux. Ces tôles sont mises en place en atelier, et le montage sur chantier se cantonne à des liaisons métal/métal, par boulons à haute résistance. Quant aux joints de transport, ils ne font appel qu’à des boulons de couture. Au total, 3 800 m3 nets de bois, 800 t de ferrures et trois cent mille boulons et broches sont utilisés. Objet d’un avenant au marché initial, sans prolongation des délais, 1,5 km de passerelles en bois sont construites en sous-face de la charpente, pour les accès à l’éclairage, la ventilation, etc. Suspendues aux portiques, elles suivent l’ovoïde en « xyz » : un vrai casse-tête de géométrie dans l’espace !

FICHE TECHNIQUE

Maître d’ouvrage : Parque Atlàntico SA.

Concepteur : SOM.

Architecte : Regino Cruz.

BET : Agibat MTI (charpente).

Entreprises : Weisrock (charpente), UTB et Maury NZ (couverture), Entrepose (échafaudages) et Bâches de France (filets).

Délais : dix-sept mois.

Marché : 60 millions pour la charpente et 30 millions pour la couverture, sur un total de 350 millions de francs.

PHOTOS :

1. Le nouveau «Bercy» de Lisbonne est constitué de gradins en forme de U sur 20 000 m2.

2. Il est couvert par une toiture qui reproduit la coque de la caravelle de Vasco-de-Gama, et est assorti d’une salle polyvalente à son extrémité.

3. Le toit du pavillon de l’Utopie «multiusos» comprend une charpente en bois couverte de zinc. Ce volume courbe est incliné en pied.

4. Prouesse conceptuelle : seize portiques en lamellé-collé enjambent le gradinage. Il s’agit de treillis assemblés par des tôles et des boulons HR.

5. Le zinc est posé par pliages successifs de feuilles parallèles.

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ENCADRE

Neuf sheds courbes en zinc

« La couverture est impossible à mettre en équation, indique Bruno Barthès, ingénieur d’UTB. Nous avons travaillé en 3D, et construit une maquette au 1/50. Le plus compliqué était d’anticiper la forme des feuilles de zinc. » La charpente est couverte d’un plancher non jointif, de feuilles d’aluminium avec mat de verre, de laine de roche à 60 kg/m2, et d’une volige qui crée une lame d’air de 6 cm grâce à des écarteurs galvanisés. 160 t de zinc sont posées par feuilles parallèles entre des arêtiers convergents vers le sommet du bâtiment, avec des ressauts horizontaux, car les dimensions du toit ne permettent pas la pose en un seul élément sur toute la longueur. Une peau est ainsi fabriquée par pliages, sans percements, sur des pattes en Inox clouées sur la volige. Neuf sheds de 35 m de long percent la couverture courbe. Le zinc se dilatant librement (jusqu’à 2 cm sur 11 m), la pose d’escaliers extérieurs a nécessité des interruptions de feuilles pour maintenir la souplesse malgré les pénétrations percées pour leurs accroches. Une surface de 24 000 m2 est ainsi couverte d’un zinc quartz qui lui donne une patine dès la mise en oeuvre.

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