Expo XXHL – Comment tiennent les tours et les ponts immenses ?

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À l’occasion de l’exposition XXHL à la Cité des sciences jusqu’au 7 mars, aiguisez votre sensibilité statique en partant à la découverte de la Burj Khalifa, de la tour Montparnasse et du viaduc de Millau.

Un défi qui se poursuit au fil des siècles

Toujours plus hautes, toujours plus grands

Au fil des siècles, l’homme n’a eu de cesse d’essayer de bâtir des tours toujours plus hautes et des ponts toujours plus longs pour enjamber de vastes vallées, s’essayant ainsi aux nouvelles techniques permises par la performance de nouveaux matériaux.

Hier et aujourd’hui : les révolutions de la construction

  • La révolution industrielle bouleversera la façon de construire avec l’apparition de l’acier produit à partir du minerai de fer et du charbon.

L’acier permettra la construction de ponts métalliques et la structure ou l’ossature de bâtiments et de tours.

Le béton, mélange de ciment, sable et gravier, sera produit en quantité. Il connait des améliorations constantes : le béton travaillant en compression et l’acier en traction ; le béton précontraint contient des câbles d’acier tendus pour résister à de fortes sollicitations : c’est donc une alliance des capacités des deux matériaux.

 

  • Au XXème siècle, c’est l’outil informatique qui permet de complexifier les édifices.

Architectes et ingénieurs emploient le numérique pour modéliser les informations du bâtiment et le visualiser dès sa conception (Building information modeling = BIM).

Nouveaux outils et nouveaux matériaux minimisent l’impact des édifices sur l’environnement et permettent une meilleure durabilité.

Trois exemples d’édifices hors normes

  1. La Burj Khalifa

    Avec 828 m de haut, cette tour de Dubaï a représenté un défi pour architectes et ingénieurs.

    Elle est posée sur un « radier » (socle en béton armé) ancré dans le sol, afin de supporter son poids et les contraintes naturelles et humaines.

    Ses formes aérodynamiques minimisent les turbulences générées par le vent.

    Elle s’est édifiée grâce à un système de coffrages auto-grimpants et de grues, implantés sur la tour en construction.

    Burj Khalifa, tour de 828m de haut

     

  2. La tour Montparnasse

    Avec 210 m de haut, c’est le seul gratte-ciel parisien. Il enjambe le tunnel du métro ligne 6 qui a dû être protégé par un coffrage en béton précontraint, c’est-à-dire comprimé par une armature active en acier, pour pouvoir supporter les forces opposées à cette compression.

    Rénovée, cette tour sera plus performante au niveau énergétique et intégrera des dispositifs pour minimiser son impact environnemental : panneaux photovoltaïques, systèmes de climatisation et de récupération d’eau. Une serre sera disposée à son sommet.

    Elle repose sur des « barrettes » qui vont être accompagnées de micro-pieux puisque sa rénovation l’alourdit et l’élargit.

     

  3. Le viaduc de Millau

    C’est un pont long de 2,46 km, à haubans, à travées multiples ; son tablier est suspendu aux pylônes par des haubans constitués de câbles d’acier.

    Les piles émergent du sol ; leur forme octogonale conduit efficacement les charges supportées par le pont tout en jouant avec la lumière.

    L’alliance entre architecte et ingénieur permet de combiner forme, fonctionnalité et sécurité.

     

Étapes obligatoires d’une construction

Contraintes à prendre en charge

  • Interaction avec le sol.
  • Maitrise des effets des actions naturelles comme vent et séisme.
  • Cheminement des charges.
  • Choix des matériaux de construction.
  • Respect des normes de sécurité.

Techniques et matériaux utilisés pour construire tours et ponts

Des produits industrialisés du bois.

Ils se sont développés à différentes fins :

-augmentation des portées par collage d’éléments plus courts,

-augmentation de la résistance par élimination des singularités.

– diminution des déformations par croisement des couches…

On utilise le bois lamellé-collé, le lamellé croisé et le lamibois.

 

Différents types de bétons

Le béton est un mélange de sable, de gravillon, de ciment, d’additions minérales, d’eau et souvent d’adjuvants, en proportions variables. Il en existe trois catégories :

  • Le béton ordinaire
  • Le béton hautes performances (très résistant à la compression)
  • Le béton fibré à ultra hautes performances (Renforcé par des fibres)

La production de ciment entrainant des émissions de CO2, les industriels essaient de mettre au point des bétons dits à «  bas carbone ».

 

Des ajouts de métal au béton pour optimiser ses capacités

Dans le béton précontraint et le béton armé, de l’acier est ajouté pour allier au travail du béton en compression, celui de l’acier en traction.

 

Du béton imprimé

L’impression en béton 3D se développe car elle ne nécessite pas de coffrage ; un « robot imprimante » dépose de fines couches de béton pour réaliser la forme souhaitée à partir de son modèle numérique.

Où et quand voir l’exposition XXHL giga tours et méga ponts ?

À la Cité des sciences et de l’industrie, jusqu’au 7 mars 2021.

30 Avenue Corentin Cariou

75019 Paris.

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