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COUVERTURE Toit en porte-à-faux pour un théâtre antique

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COUVERTURE Toit en porte-à-faux pour un théâtre antique

Structurée par une poutre métallique de 61,70 m de portée et doublée d’un maillage métallique et de verre, la couverture de protection du mur de scène du théâtre romain d’Orange recourt à des matériaux actuels pour éviter tout pastiche architectural.

Inscrit au Patrimoine mondial de l’Unesco, le théâtre d’Orange (35 av. J.-C.) est l’un des rares édifices ­antiques à avoir conservé son mur de ­scène. Privé de sa protection depuis qu’un incendie a détruit la couverture de bois au ivesiècle, cet ouvrage de 112 m de longueur et 37 m de hauteur a perdu son parement de marbre et ne cesse de se dégrader sous l’effet du vent et des intempéries. En 2003, l’étude préalable confiée à Didier Repellin, architecte en chef des Monuments historiques, a pour objet d’établir un récapitulatif des données historiques, d’analyser l’état actuel de l’ouvrage et de proposer un projet de restitution de toiture. En fait, ce sont les maisons médiévales adossées au mur de scène qui vont le sauver jusqu’au milieu du xixe siècle. Vu l’état d’érosion en partie supérieure, des essais de minéralisation de la pierre tendre ont vainement été tentés dans les années 80. De même, l’eau s’infiltre entre les pierres assemblées sans mortier, mais aucune technique de jointoiement ne résiste aux amplitudes thermiques de l’ordre de 75 °C auxquelles est exposé le mur. Les corniches man­quantes laissent place à des coulées d’usure, tandis qu’une carapace de grès dur s’est créée sur les zones de pierres rougies par l’incendie. Le sondage, effectué par les archéologues en 1996, aboutit à la purge de 30 tonnes de débris. « De nombreuses traces attestent de l’existence de la charpente d’origine, souligne l’architecte. Mais les empochements ne peuvent être utilisés et le manque de connaissance des techniques employées par les Romains nous a conduits vers une solution contemporaine ne gardant de l’ancien que l’esprit, puisqu’il n’est pas question de copier la forme ! ». Le projet doit assurer une protection maxi­male des ornements sans ancrage dans les parements antiques fragilisés, limiter l’impact visuel et éviter toute ombre sur la scène.

Un principe de porte-à-faux induit par les contraintes

Il doit aussi préserver voire améliorer les qualités acoustiques, et intégrer l’éclairage jusqu’ici installé sur deux tours d’échafaudage provisoires, de part et d’autre du mur de scène. Autant d’exigences qui, vu les portées, vont dicter le choix d’une solution acier. « L’évaluation des conditions d’appui a été déterminante dans le choix du type de structure, explique Nicolas Cheval, architecte-ingénieur d’Arep. Compte tenu des risques sismiques (zone 1A) et des vents forts, nous avons opté pour un positionnement en partie haute des deux murs latéraux qui ont été remontés au xixe siècle ! » Les simulations numériques en 3D ont débouché sur deux possibilités structurelles. Concrétisée par une résille tridimensionnelle, la première permet de répartir les charges, mais s’avère incompatible avec la finesse requise en bordure de toit. Pour mobiliser les efforts dans la partie centrale, c’est donc la solution d’une poutre principale de section triangulaire (avec une série de poutres secondaires transversales en porte-à-faux) qui est retenue. Un travail sur la texture de la poutre (bielles et membrures) et sur la forme de ses constituants a ensuite été entrepris pour gagner du poids propre, tout en garantissant une meilleure cohérence entre l’expression architecturale souhaitée et la pertinence structurelle de l’ensemble. ­L’enjeu : supporter une verrière en partie supérieure et en dépit des vents, tendre un tissu métallique inox sur une portée de 13,50 m en partie inférieure. Le tout, à 32 m au-dessus de la scène !

Un vélum translucide qui masque la structure

Finalement, la poutre principale (portée : 61,70 m, hauteur : 2,90 m) est constituée de profils tubulaires creux soudés. Elle supporte 18 fléaux transversaux de 14 m de longueur, soudés en arêtes en partie basse. Destinées à soutenir le vélum en maille d’acier inoxydable qui habille le dessous du toit, ces poutrelles en PRS doubles sont soulagées par des tirants en partie haute et latéralement stabilisées par une structure secondaire qui va elle-même servir de support à la couverture en verre. Enfin, même si les voix et les chants ne montent pas au-delà de 15 et 27 m, une membrane acoustique en fibres composites M1 est intercalée afin de piéger les fréquences de 3 000 hertz, inaudibles pour l’oreille humaine. Pour dimensionner la structure dans son environnement, les charges de vent et les effets d’accélération liés à la colline Saint-Eutrope voisine ont été simulés sur un modèle réduit du projet (1/100e) en soufflerie par le Cstb. Cet essai a conduit à intégrer un système de stabilisateur tous les 1,50 m pour la maille métallique. En phase d’études d’exécution, c’est une travée à l’échelle 1 qui a été testée pour évaluer les phénomènes de turbulence sur le comportement du vélum. En parallèle, des essais ont été conduits in situ et en laboratoire par le Lerm (1) afin de valider le système constructif des maçonneries existantes. La modélisation de l’état des murs d’appui, avant et après la mise en place de la toiture, a permis de déterminer les niveaux de sécurité requis. Pour atteindre ces cœfficients, il a fallu conforter ponctuellement les maçonneries par des injections de coulis de chaux, mettre en place une couvertine en plomb en arase et concevoir un système d’appui spécifique de la poutre principale (voir encadré).

Ainsi défini dans son environnement, le plan de toiture de 1 000 m2 pour un poids de 200 tonnes s’inscrit entre les deux murs latéraux (parascaenia), avec une pente descendant vers le mur de scène. La poutre tridimensionnelle a été fabriquée en cinq tronçons de 4 m de longueur dans les ateliers de l’entreprise Eiffel en Moselle. Puis, elle a été acheminée par convois exceptionnels et assemblée au sol par soudage, en tenant compte des flèches et contreflèches. Deux grues de 800 tonnes ont été nécessaires pour lever l’ouvrage d’un seul tenant à 40 m de hauteur. Le montage des autres éléments de la toiture, puis l’aménagement du gril technique (rampes d’éclairage, supports de décors, etc.), ont nécessité la mise en œuvre d’un échafaudage toute hauteur avec un platelage général sous la poutre principale, à 32 m de hauteur. La livraison a eu lieu juste avant l’ouverture des fameuses Chorégies d’Orange de juillet 2006. Le montant total des travaux s’élève à 5 783 000 dHT, subventionné à hauteur de 50 % par l’Etat, de 25 % par le conseil général, de 20 % par la Région et de 5 par la Ville.

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