Charpente Arcs surbaissés et verrière intégrée pour la bibliothèque Cujas

La bibliothèque universitaire Cujas vient de voir sa couverture entièrement rénovée. Ce bâtiment, enclavé dans une parcelle dense, était couvert d’une verrière construite dans les années 50, dégradée et non conforme aux règles de sécurité d’aujourd’hui. En raison de la proximité du Panthéon et de la bibliothèque Sainte-Geneviève, la conception de la verrière s’est faite en collaboration avec l’architecte des Monuments historiques dont l’influence a poussé au choix d’une solution en arcs surbaissés. Une technique qui améliore l’intégration de cette nouvelle couverture dans le bâti environnant. Le choix d’une charpente métallique, retenue par l’architecte Pierre Henneguier, s’inscrit dans la tradition de l’architecture métallique parisienne du xixe siècle et de la verrière originale de la bibliothèque ­Cujas, œuvre de l’architecte Ernest Lheureux (1876). Les détails des assemblages ainsi que les principes de structure (les tirants sous poutres, par exemple) ont été traités comme un rappel de cette architecture.

Une charpente sur mesure

La seule source d’éclairement de la salle de lecture, aveugle sur ses quatre faces, est zénithale. La contrainte était d’amener suffisamment de lumière au cœur de l’espace de lecture sans apport excessif, gêne potentielle pour les usagers. Le maître d’œuvre a donc choisi de créer une verrière rectangulaire en partie centrale, ceinturée en rive (jusqu’aux parois maçonnées) par un complexe opaque composé en sous-face d’un faux-plafond en plaques de plâtre et en surface par une couverture en zinc naturel. La couverture sur structure métallique permet au volume de bénéficier de la lumière naturelle tout en privilégiant le confort thermique. L’ossature primaire est composée de quatre arcs PRS en acier (profilés reconstitués soudés) positionnés à 4,84 m de chaque mur et équidistants de 5,50 m entre axe. Ils franchissent une portée de 17,45 m. Chaque PRS, dont l’âme varie de 26 à 51 cm, est constitué de deux 1/2 arcs, assemblés par boulonnage qui reposent en périphérie sur les murs de la bibliothèque. La structure originelle du bâtiment étant en béton armé, les reports de charges s’effectuent sans désordre.

Les arcs qui travaillent en compression sont sous-tendus par des tirants métalliques, positionnés perpendiculairement à la longueur de la verrière. Les tirants (ronds pleins de diamètres 20 et 27 mm) bloqués par des axes annulent la poussée horizontale de la charpente sur les murs qui ne reprennent que le poids propre de la structure.

Une maîtrise d’œuvre très attentive à l’esthétique

Le détail d’arrivée des tirants reprend le même principe que celui mis en œuvre dans les gares : le tirant est vissé sur un étrier tenu par un axe dans l’âme de l’arc. Les butons des arcs, cruciformes ou en T, sont réalisés en tubes. Pour obtenir une forme en fuseau, ils ont été découpés en sifflets puis des goussets pliés en forme d’olive ont été soudés.

Les tubes transversaux, en partie inférieure, sont fixés par des ­assemblages en diabolo. Ce choix résulte d’une volonté de légèreté. « Chaque nœud, chaque détail d’assemblage a été mis au point avec la maîtrise d’œuvre, très attentive à l’esthétique », indique Alain Astié, ingénieur chargé de projet de l’entreprise ACML. Longitudinalement, deux « fourchettes » disposées à chaque extrémité (diamètre 168,3 mm), contreventent la structure et renvoient les efforts par le biais du tube de faîtage liant les arcs aux pignons. Cintrées pour suivre la géométrie de la couverture « girondée », elles travaillent en compression, en traction et en flexion. L’ossature secondaire est constituée de pannes ­métal HEA 140 positionnées ­perpendiculairement aux arcs. Elles ont été légèrement surdimensionnées en prévision des surcharges (neige) que pourrait recevoir cette verrière, encadrée sur trois côtés par des bâtiments plus hauts. Ces pannes reçoivent des chevrons en bois 60 x 60 mm dont l’accroche s’effectue par un chevalier en U de 70 x 50 mm. Taillés dans du bois frais, les chevrons ont été posés humides pour que le cintrage s’opère à même la charpente. Ils reçoivent le voligeage, support de la couverture en zinc. L’isolant, une laine minérale, est posé à l’intérieur et masqué par le faux-plafond. La protection au feu de ce complexe consiste en un revêtement intumescent des éléments structurels visibles, complété d’un faux-plafond en plaques de plâtre coupe-feu 1 h abritant le reste de la structure. La couverture en zinc à joint ­debout complète le dispositif.

Désenfumage automatique dans la salle

Pour dégager et rendre ­visible la structure ­métallique, les pannes ont été surélevées par des calages en tôle de 4 cm, le faux-plafond file en sous-face rendant ainsi les PRS visibles dans leur totalité. La verrière a été surélevée par des chandelles pour que son plan soit légèrement plus haut que celui du revêtement en zinc. Elle comporte longitudinalement quatre modules de verre (1 950 x 1 375), chacun entre deux arcs. Le vitrage, teinté dans la masse pour éviter l’éblouissement des usagers, est tenu par des profilés d’aluminium ano­disé. À la jonction du vitrage et de la menuiserie, un joint silicone plat, en lieu et place d’un capot, évite que la saleté ne stagne. La position de la verrière à 5 m des murs de l’enveloppe évite le recours à un verre pare-feu, ce qui réduit son coût. La salle bénéficie d’un désenfumage automatique grâce aux quatre éléments, formés de lamelles de 10 x 10 actionnées par un piston, répartis symé­triquement à ­chaque extrémité de la verrière.