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LAUSANNE Une double nappe ondulante sculpte un centre d’apprentissage

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LAUSANNE Une double nappe ondulante sculpte un centre d’apprentissage

Entre les deux nappes ondulantes, se déploient les deux types façades. Les façades périphériques ceinturent le bâtiment et celles intérieures bordent les patios, gommant ainsi toute monotonie. (Doc. Alain Herzog.)

La mise en œuvre complexe d’une gigantesque dalle courbe en béton, regroupant toutes les fonctions sur un même niveau, a nécessité le déploiement de plusieurs techniques novatrices se complétant les unes avec les autres.

Ouvert en février 2010, le Rolex Learning Center, centre d’apprentissage de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, a été dessiné par les architectes japonais Kazuyo Sejima et Ryue Nishizawa (1).

Donnant sur les rives du Lac Léman, ce centre est implanté au cœur du campus de l’EPFL qui compte sept facultés enseignant l’ingénierie, la technologie et l’informatique et accueillant 11 000 personnes, dont 7 000 étudiants. Le centre créé couvre une surface de 20 200 m2, pour un coût de construction de 110 millions de francs suisses.

Comme le remarque l’EPFL, l’édifice « réunit toute une gamme d’infrastructures consacrées aux études, à l’enseignement, à la recherche, aux contacts sociaux et à l’administration. » Ainsi, l’équipement réunit une bibliothèque multimédia, une librairie, un laboratoire de recherche, des espaces publics (amphithéâtre, cybercafé, cafétéria et restaurant), des espaces de travail et une salle multifonction. S’y ajoutent des bureaux, des archives et un parking souterrain de 500 places de stationnement. Sur le plan architectural, le bâtiment « révèle une forme organique, où le toit et le sol ondulent légèrement en parallèle », souligne l’EPFL. Et comme l’expliquent les architectes : « nous n’avons pas réalisé une grande pièce normale, nous avons incorporé des patios et une topographie particulière, afin d’organiser le bâtiment selon différentes zones qui sont à la fois séparées et reliées entre elles. Le grand espace de la pièce unique forme des vagues et crée, ainsi, un espace libre sous la construction, permettant aux personnes de marcher jusqu’au centre du bâtiment, où nous y avons placé l’entrée principale ». D’où la conception d’une immense dalle de plancher en béton ondulée de 121,50 x 166,50 m, percée de quatorze patios vitrés et laissant pénétrer la lumière naturelle au sein des espaces intérieurs.

Des coques en béton à géométrie variable

Les ondulations marquent des zones qui délimitent des fonctions. L’élaboration de la géométrie des voûtes a tenu compte des concepts architecturaux énoncés par les concepteurs, s’appuyant sur les notions de « paysage suisse » et de « libre circulation entre les surfaces d’utilisation ». Mais pour rendre cette géométrie constructive, quelques modifications ont été opérées. Elles ont été dictées par l’optimisation du rapport entre hauteurs et portées, l’augmentation des surfaces planes et la correction de l’implantation et des formes des patios. Ce qui a conduit à l’établissement de modèles en 2D et en 3D, permettant d’ajuster les diverses composantes du projet et d’en fixer la géométrie définitive. Les solutions de mise en œuvre retenues, pour réaliser cette géométrie compliquée des voûtes en béton, tout en sauvegardant le projet architectural initial, ont représenté un véritable défi technique. La proposition d’appuyer les coques sur une forêt de poteaux a été d’emblée rejetée, par souci d’esthétique et de fonctionnalité.

Les ingénieurs ont alors étudié un système porteur hybride basé sur la mise en place, à l’intérieur des coques, de onze arcs sous-tendus de grande portance, garantissant la stabilité de l’ensemble. La nappe comporte deux parties ondulées formant une grande voûte et une petite. Cette dernière, de 21 à 41 m de portée et de 40 cm d’épaisseur, est pourvue de quatre arcs, supprimant tout élément porteur vertical. Alors que la grande coque, de 55 à 90 m de portée et dont l’épaisseur atteint 80 cm, est munie de sept arcs, complétés par trois points d’appui situés en partie sud. Ces appuis se composent d’une cage d’escalier, d’un mur monté sous le côté ouest de l’arc sud et d’un poteau placé au nord du grand patio qui sert à stabiliser un arc diagonal d’importante portée.

Un système articulé innovant de montants-traverses

Une autre approche technique concerne la stabilité des arcs des éléments porteurs principaux. Leur dimensionnement et les efforts qui en résultent étant considérables, il a fallu les renforcer par un taux élevé d’armatures atteignant 470 kg/m3 de béton, soit près de quatre fois plus que pour une construction normale. Et l’emploi d’un béton à hautes performances (C50/60), pour les coques, insérant des fibres de polypropylène avec un dosage fluidifiant, accroît la résistance globale.

La conception des façades vitrées se fonde sur la volonté des architectes de créer « une transparence totale », assortie d’une recherche de « légèreté et de sobriété pour la structure du vitrage ».

Pour s’adapter aux déformations liées aux courbures, la solution initiale de cadres rigides a été suppléée par un système articulé de montants et traverses, approprié à des déplacements structurels. Le calepinage des éléments de façade a été optimisé par l’intégration de vitrages de grand format, qui, mesurant en moyenne 3,35 m de hauteur par 2,25 m de largeur, sont dotés de fins profilés en acier de section T. Les montants sont fixés aux coques béton et en partie supérieure aux poutres de rive de la charpente, par des appuis à pivots. Les traverses hautes et basses sont liaisonnées aux montants par des rotules à percements oblongs facilitant les réglages. Sur les patios, les poteaux métalliques de la charpente maintiennent les cadres dormants en profils d’aluminium extrudé des ouvrants de ventilation.

Il a fallu créer onze sortes de profils de vitrages isolants, courbes et droits, pour épouser les ondulations des façades. Les façades périphériques sont dotées de joints en silicone extrudé résistant aux sollicitations climatiques et laissant apparentes les arêtes des vitrages. En revanche, les joints des patios sont munis de capots serreurs en acier thermolaqué, absorbant mieux les mouvements de façade et cachant les arêtes des vitrages.

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