À la recherche de finesse et de légèreté

Reconnues par la démarche HQE et la nouvelle réglementation thermique, comme faisant partie intégrante de la conception bioclimatique, les serres et verrières font leur entrée dans les bâtiments tertiaires, établissements d’enseignement, immeubles de bureaux, musées, centres commerciaux ou encore hôtels, dans le but de valoriser les apports solaires et l’éclairage naturel au cœur des constructions.

Formant atriums, patios ou rues couvertes, ces ouvrages vitrés atteignent des surfaces de plusieurs centaines à quelques milliers de mètres carrés : 800 m² pour le nouveau siège social Volkswagen (Roissy-en-France, 95) ou le collège Pierre-Gilles de Gennes à Frignicourt (51), 2 300 m² pour l’ensemble des verrières du Palais de Tokyo, 2 400 m² pour le lycée de l’Ile de Nantes (44), 2 000 m² pour l’immeuble Energis à Rennes (35) comptant 39 logements BBC... Inspirée de l’architecture traditionnelle des serres et de leur vocation initiale d’outil de production agricole, leur structure privilégie les ossatures les plus fines et les plus légères, afin de limiter les ombres portées au sol et réduire leur impact économique.
Pour assurer la cohérence du projet et en optimiser les aspects techniques et économiques, il est d’ailleurs important que la structure soit appréhendée de pair avec l’enveloppe par la même entreprise. Le dimensionnement des ouvrages fait généralement référence aux Eurocodes, mais il peut encore être réalisé selon les règles CM66, qui se révèlent plus économiques quant au poids de l’acier.
La mise en œuvre des vitrages est, en outre, encadrée par le DTU 39. Dans le calcul des ouvrages, les charges climatiques sont bien souvent prépondérantes et parmi elles, les contraintes liées au vent.
En matière de charpente, le recours à l’acier est massif, même si quelques projets à ossature bois existent, tels le Pôle Bois de Nantes (44), ou le lycée de l’Ile de Nantes (44).

Profilés aluminium à drainage intégré

L’acier et le bois sont réservés à la structure primaire où le savoir-faire des serristes se retrouve dans la conception sur-mesure de grandes fermes ou poutres en treillis, qui présentent l’avantage de mieux laisser passer la lumière que les produits laminés courants. Les ouvrages utilisent des câbles, tubes ou T allant du Ø 27 mm à une section de 100 x 100 mm.
Pour autant, les profilés IPN, H ou tubes peuvent être utilisés dès lors que l’esthétique le réclame. Dans le cadre de l’ensemble immobilier Energis, c’est une structure acier en laminés I ou H qui supporte la grande verrière faite de panneaux photovoltaïques. Les entraxes courants entre poutres sont de l’ordre de 5 m, quand les portées atteignent souvent 12 voire 20 m. Dans le futur ensemble de bureaux du Parc du Millénaire 3 & 4 à Paris, les deux patios en verre de 2 000 et 1 000 m² sont repris par des poutres allant jusqu’à 40 m de portée, réalisées en treillis de 2,50 m de hauteur.
Dans la plupart des projets, l’aluminium est utilisé pour réaliser l’ossature secondaire et assurer le maintien sur quatre côtés des volumes en verre ou en polycarbonate. Des gammes spécifiques ont été développées, afin de concilier aspects techniques et économiques. Elles se caractérisent par des profilés affinés et simples à mettre en œuvre, qui disposent d’un système de drainage vis-à-vis des eaux d’infiltrations éventuelles. Lorsqu’ils reçoivent des volumes en double vitrage, les profilés utilisés sont à rupture de pont thermique et bénéficient d’un classement AEV. Sur une toiture classique, ils se partagent entre chevrons, d’une portée courante de 2 à 2,50 m, et traverses. En matière de finitions, les exigences varient selon l’ambiance recherchée. L’aluminium peut être laissé naturel ou thermolaqué. L’acier est, quant à lui, galvanisé à chaud voire laqué.
Bien que les formes des serres modernes soient le plus souvent rectilignes, monopente ou bipente, répondant ainsi à des contraintes économiques évidentes, elles peuvent emprunter à l’architecture traditionnelle ses lignes courbes et élancées, tout en conciliant des exigences d’isolation et d’étanchéité plus élevées. Il en va ainsi de la grande serre du Zoo de Vincennes (75), dont l’enveloppe bombée met en œuvre des fermes treillis en forme d’arcs et des doubles vitrages cintrés à froid moyennant un rayon de courbure de 20 m. La hauteur des ouvrages n’est pas limitée et plusieurs projets à l’étude comportent des atriums de plusieurs hauteurs d’étages, par exemple R+7 dans le cas du projet du Parc du Millénaire. Une tendance qui s’explique, entre autres, par le fait que plus la hauteur est importante, plus la température est confortable en partie basse, rendant ainsi plus aisée la maîtrise des pics de température.

Ouvrants articulés et continus sur le faîtage

Un constat récent montre également que la pente des nouvelles verrières se fait de plus en plus faible, allant même en deçà des 5° préconisés par le DTU 39, ce qui de l’avis des fabricants ne va pas dans le sens de la réussite des projets, dans la mesure où faible pente rime souvent avec problèmes d’étanchéité et risque d’encrassement des verres. « Une pente raisonnable se situe entre 10 et 15° », souligne Stéphanie Thévenet, architecte- développement chez Marchegay Tech-nologies, et de préciser qu’« une pente minimale de 15° est nécessaire pour envisager une ventilation naturelle avec nos systèmes d’ouvrants en toiture ».
Or, les ouvrants sont de plus en plus fréquents aujourd’hui sur les projets. Il s’agit d’ailleurs de l’un des attributs des serres qui comporte toujours un système d’ouverture en parties haute et basse, afin de permettre le thermosiphonage de l’air chaud en partie haute, et la ventilation naturelle par effet de cheminée. Une technique propre aux serristes consiste de fait à avoir un double châssis continu et articulé sur toute la longueur du faîtage, solution qui évite d’avoir une succession de châssis ponctuels type exutoires de fumées. À titre d’exemple, le système développé par CMF offre une portée maximale de 1,70 m par châssis et une ouverture maximale de 1 m. La longueur maximale de l’ouvrant est de 40 à 60 m en fonction du poids du verre. L’ouverture des châssis est motorisée et actionnée par des crémaillères. À noter que la prise au vent des ouvrants doit être prise en compte dès la conception de la charpente.
Dans le Bâtiment, une serre n’a pas vocation à être démontable. Pour autant, son principe d’assemblage s’inspire souvent des procédés boulonnés utilisés dans les ouvrages de production, qui eux peuvent être facilement démontés et reconstruits. Les soudures sont réduites au minimum. Le boulonnage présente d’autres avantages structurels, puisqu’il offre une grande souplesse à l’ouvrage, est un gage de finesse, et permet de gérer le phénomène de dilatation lié à la forte exposition de l’ouvrage au froid comme au chaud.
Dans le dimensionnement de l’ouvrage, les contraintes de dilatations différentielles entre les matériaux occupent une place importante. Leur maîtrise passe par la création de degrés de liberté au niveau de la structure, au moyen de connecteurs entre l’aluminium et l’acier, ou par des jeux d’éclisses et de trous oblongs au niveau des assemblages.