Les déformations de la face externe des blocs Inox captent la lumière et apportent un effet mouvant et aléatoire à l'enveloppe du centre culturel de la Fondation Luma, à Arles (13), signé par l'architecte Frank Gehry.
© Virginie Pavie
ATEX n° 2392 / 2393
Demandeur - Eiffage Métal
Quelque 100 000 heures d'études, dont la moitié en 3D et autant de préfabrication et d'assemblage, ont donné forme à cet ouvrage, mi-bâtiment mi-sculpture, véritable concentré de technicité.
En cours de construction sur le site des anciens ateliers ferroviaires de la commune d'Arles (13), la tour Luma redessine le paysage urbain local et devient la figure emblématique du nouveau Parc des Ateliers. Œuvre de l'architecte Frank Gehry, cet édifice atypique fait partie d'une vaste opération de mécénat lancée par la Fondation Luma et sa créatrice, Maja Hoffmann, pour implanter un nouveau complexe culturel expérimental dans cette ville d'art et d'histoire.
Le bâtiment, qui jouxte cinq sites industriels transformés en espaces d'exposition, est conçu pour accueillir des zones de recherche, d'archives, d'exposition, des salles de séminaires, une bibliothèque, des résidences d'artistes, un café et un restaurant. Il se déploie sur neuf étages et 56 m de hauteur, au sein d'une structure constituée d'un noyau en béton armé et de « pétales » en planchers collaborants et poteaux-poutres métalliques.
Gigantesque sculpture faite de « Lego » de tôle et de verre, elle matérialise à elle seule toute la portée artistique du lieu. Couvrant quelque 10 000 m2, l'enveloppe, composée de parties opaques habillées de près de 10 500 cassettes d'acier inoxydable, est munie de 46 bow-windows en verre et intègre deux failles vitrées. En pied, une rotonde ceinture le bâtiment sur trois niveaux.
La technicité est ici poussée à son plus haut niveau, comme l'attestent la composition et la géométrie de l'ouvrage dont aucune face n'est droite ni identique, ainsi que les quatre Atex obtenues par Eiffage Métal, titulaire de l'ensemble du lot façades, pour la rotonde, les boîtes vitrées, la façade métal et les fixations des cassettes Inox.
Coupe de principe du complexe de façade
Une coque métallique à facettes
Pour concevoir le complexe de façade métallique faisant l'objet de l'Atex n° 2392, Eiffage a travaillé à partir du modèle 3D transmis par la maîtrise d'œuvre, donnant des points situés uniquement sur la face externe des blocs Inox.
Le constructeur a cherché à modéliser la paroi technique située à l'arrière des blocs, en assurant à fois leur reprise, mais aussi toute l'étanchéité à l'air et à l'eau du bâtiment. Pour cela, un maillage triangulaire 3D sous le logiciel d'architecture Digital Project (DP) de la société Gehry Technologies a été réalisé, la difficulté étant, à ce niveau, d'en définir la bonne taille afin de ne pas perdre en précision ou, a contrario, d'aller trop loin en complexité.
Cette approche a abouti à une coque à facettes préfabriquée à partir de tôles de 3 mm d'épaisseur, pliées et soudées, qui allait devenir le support interne de l'enveloppe. Relevant davantage de la conception navale que du bâtiment, elle se compose de 300 grandes pièces métalliques,dont la dimension a été déterminée par les limites du transport routier. Des raidisseurs intérieurs horizontaux et verticaux et les éléments de support des blocs, à l'extérieur, permettent de rigidifier la coque. Des logiciels tels Rhino 3D et Grasshopper ont été utilisés pour le calcul des pièces par la méthode des éléments finis.
Chaque étage est fermé verticalement par une douzaine de coques métalliques, ancrées sur la structure primaire, puis soudées ou éclissées entre elles. Côté intérieur, un isolant en laine minérale de laitier à liant hydraulique est projeté en deux couches, maintenues par des aiguilles métalliques soudées à la coque. Ce complexe a été soumis à des tests hygrométriques avec le CSTB pour en vérifier le comportement avec et sans pare-vapeur. Des essais de vieillissement accéléré ont ainsi permis d'anticiper l'exposition aux cycles saisonniers sur plusieurs années, tout en faisant varier les épaisseurs d'isolant. Le compromis trouvé a consisté à mettre en œuvre 23 cm d'isolant (15 + 8) sans pare-vapeur.
Les cassettes Inox en forme de briques, de 488 mm de hauteur et de 150 mm de profondeur, sont de longueurs variables et peuvent atteindre au plus 1 515 mm, sachant que 50 % d'entre elles se situent entre 800 et 1 200 mm. Des formes particulières (double, en L, en trapèze… ) sont utilisées dans certaines zones délicates, telles que les angles, saillants ou rentrants, les interfaces… Formées à partir d'une tôle en acier inoxydable (316 l) de 1 mm d'épaisseur, elles proposent un effet de surface évoquant le lin tissé qui confère un effet de vibration à l'enveloppe.
Un système de fixation invisible
La fixation des blocs, objet de l'Atex n° 2393, s'annonçait particulièrement délicate à concevoir compte tenu de la géométrie des façades. L'architecte souhaitait que le système demeure invisible et il fallait, en outre, prendre en compte les contraintes climatiques du site, avec notamment l'exposition au mistral ou le risque sismique, anticiper l'intervention de cordistes, avec ce que cela sous-entendait d'effets de charges et de chocs sur les blocs, et, enfin, rendre possible le démontage des éléments indépendamment des autres.
Par ailleurs, les essais menés en soufflerie pour vérifier le comportement sonore de la tour avaient relevé un léger sifflement généré par le vent dans les joints creux de 12 mm entre les cassettes. Ceux-ci devaient donc être équipés d'un système de joints à lèvres en Néoprène adaptés à chaque brique. La difficulté était de faciliter le repérage et l'intégration des joints sur l'arrière.
Ces contraintes récolues, les modules Inox ont été préfabriqués et pré-équipés sur mesure en atelier. Le recours à l'informatique a facilité le travail de découpe, de déformation et de repérage en évitant de produire des plans spécifiques pour chacun d'eux. Sur site, les cassettes ont été clipsées au moyen de deux supports métalliques en forme d'équerre (dits « brackets »), préréglés et encastrés sur l'extrémité des raidisseurs des étagères (des pièces métalliques horizontales soudées sur la face extérieure de la coque). Le système a permis de respecter un alignement horizontal et vertical de ± 2 mm.
46 bow-windows vitrés
Les façades sont percées de bow-windows suspendus, qui se distinguent par leurs dimensions et les types de vitrages utilisés.
L'enveloppe opaque de la tour est complétée de 46 bow-windows de verre aux dimensions variables et suspendus à la structure primaire. Leur composition change également en fonction des règles de C+D découlant de leur orientation, de leur emplacement et de la présence éventuelle d'ouvrants. Certains d'entre eux, situés à l'intérieur de la rotonde, aux toitures vitrées sans pente, affichent un niveau CF 1h. À l'extérieur, ils présentent des toitures vitrées ou opaques avec faible pente et des fenêtres sur leur face et sont classés PF 1h. Les matériaux utilisés sur une même boîte peuvent provenir de plusieurs fournisseurs (Jansen, Schuco, Forster… ). Des essais air-eau-vent (AEV) ont validé les raccords des boîtes, complexes et non traditionnels, à l'enveloppe. L'ouvrant a notamment été développé en interne et a fait l'objet d'essais spécifiques au CEBTP.
Anticiper les températures dans la rotonde
Autre composante de l'enveloppe : la rotonde vitrée de 18 m de haut, dont la verrière à très faible pente est sérigraphiée et équipée de stores intérieurs motorisés afin de limiter la montée en température dans cet espace non climatisé. Certaines zones de la verrière, où la réflexion de l'Inox augmente la concentration des rayons solaires, peuvent en effet atteindre 60 °C en intérieur et plus de 70 °C au niveau des joints de scellement et des lames d'air.
Les vitrages sont donc réalisés avec des intercalaires Sentryglas Plus et des joints de scellement résistant aux hautes températures. Une dizaine de vitrages sont également mis en dépression afin de compenser la hausse de pression s'exerçant les jours les plus chauds et éviter ainsi les risques de décollement et d'embuage des verres.
