Levage par hissage pour les hangars d’Airbus

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Levage par hissage pour les hangars d’Airbus

© (Doc. Airbus.)

Trois entreprises – une française, une espagnole et une italienne – finissent le montage par vérins des 24 500 t de la charpente métallique des futures ateliers de fabrication des Airbus A380. Des constructions hors d’échelle qui culminent à 46 m de hauteur.

Au sein des 260 ha de la ZAC Aeroconstella­tion, sur près de 50 ha mitoyens à l’aéroport de Toulouse Blagnac (Haute-Garonne), Airbus développe actuellement le projet Star (pour Site toulousain Airbus), le site de fabrication du futur A380 qui produira quatre avions par mois. Ces usines permettront l’assemblage structural de tronçons fabriqués en France, Allemagne, Espagne et Royaume-Uni, le montage des moteurs et de l’équipement final ainsi que la réalisation des vols d’essai. L’assemblage du premier A380 étant prévu début 2004 (premier vol fin 2004), un vaste chantier s’est engagé dès janvier 2002 pour livrer les bâtiments fin 2003.

Trois entreprises européennes assurent la construction de la charpente métallique des deux principaux bâtiments : Urssa (Espagne) pour le hall d’essais statiques (102 x 100 m), Cimolai (Italie) et Castel & Fromaget (France) pour les secteurs nord et sud du très vaste hall d’assemblage (490 x 250 m).

Pour gagner du temps, chaque toiture (charpente, couverture, étanchéité, bardages) avec ses équipements (chauffage, ventilation, éclairage, sécurité incendie, ponts roulants) est assemblée au sol, puis hissée, positionnée et fixée sur la structure porteuse à sa hauteur définitive grâce à un système de vérins à câbles reliés à des groupes hydrauliques et pilotés par ordinateur. L’utilisation de ces techniques de hissage de fortes charges, techniques éprouvées mais peu utilisées dans le domaine du bâtiment, est imposée dans le marché par le maître d’ouvrage. Pari réussi en plusieurs phases par trois entreprises de levage spécialisées : Lastra (Espagne), VSL (France) et Montalev (France).

Des opérations rapides et précises

Avec ses 10 ha de superficie, le futur hall d’assemblage s’impose par ses dimensions exceptionnelles. Son emprise en forme de « U » se décompose en quatre grands secteurs : un vaste hangar (S70-71) de 115 x 254 m au nord accolé d’une abside (S72-73) de 50 x 240 m, six autres volumes (S50-51-52-53-54-55) de 100 x 100 m sur les ailes est et ouest et 34 000 m2 de bureaux sur 6 niveaux au centre. Représentant un tiers du hall d’assemblage, le S70 est structuré en sept tronçons de différentes hauteurs. Il culmine à 46 m, dispose d’un gabarit libre sous charpente de 32,50 m et de deux ouvertures de 95 m de large sur 27 m de haut par l’intermédiaire de portes roulantes à quatre ventaux.

Sa structure porteuse, haute de 34 à 38 m, est constituée sur le flanc sud par huit poteaux en béton armé de section 5 x 3 m intégrés à un vaste mur pare-feu de 250 m de long, et sur le flanc nord par huit colonnes métalliques en « H » de 2,50 x 2,20 m en acier S355. Elle est conçue et partiellement assemblée de façon à laisser libre les chemins de hissage de la charpente. Ainsi, les deux palées de stabilité de 27 m de haut avec contre-diagonale (entre X2-X3 et X6-X7) sont construites avec un déporté de 700 mm par rapport à l’axe des poteaux pour dégager le passage des poutres sablières. Les poutres au vent en PRS sont construites, en un premier temps, sur une demi-largeur et seront complétées à l’issue du hissage.

La charpente est entièrement métallique. Huit fermes convexes de 117,20 m de portée génèrent le profil longitudinal et transversal du bâtiment. Elles sont constituées de quatre poutres treillis caisson (X 2,3,6,7) de 4 m de large et de quatre poutres treillis simples (X 1,4,5,8) fabriquées avec une contreflèche de 165 à 221 mm. Elles sont reliées tous les 8,37 m par des pannes treillis principales de 28,35 à 52,65 m de portée et 4 m de haut, coiffées par des potelets métalliques de 0 à 4,50 m pour assurer la courbe de la couverture. Celle-ci sera portée tous les 4,05 m par des chevrons cintrés en profilé IPE de 8,37 m de portée. Le contreventement principal de comble est assuré entre les fermes et pannes par un réseau de diagonales tubulaires dans le plan de leur membrure inférieure.

Un équipement monté au sol avant levage

L’architecture en tronçons du S70 et la recherche d’une organisation optimale pour un assemblage sécurisé des composants déterminent un phasage d’opérations en trois étapes pour le hissage de la charpente (voir schéma p. 26). Au cours des différentes étapes de montage, la toiture est progressivement finalisée et équipée : couverture bac acier microperforé, isolation phonique, isolation thermique en laine de roche, étanchéité bitume, systèmes de chauffage, ventilation, sécurité incendie, éclairage…

Au total, la partie supérieure a été hissée de 32,50 m et la toi­ture culmine à 46 m. Les chevêtres métalliques sont hissés par grue, positionnés par ripage en tête de chaque poteau à l’intérieur des tours de levage. La charpente est ensuite redescendue en appuis, glissants ou non, sur les chevêtres. Elle est assemblée avec la structure principale dans leur configuration définitive : montage des éléments de connexion (biellettes) des pannes sablières aux colonnes béton et acier, jonctions boulonnées entre la première traverse du contreventement supérieur des poutres caissons et les membrures supérieures, mise en place des contreventements à l’intérieur des colonnes principales, mise en place des poutres au vent, démontage des supports provisoires des sablières… Les dispositifs de hissage en tête de poteaux sont démontés et s’ensuit la mise en place des structures de façades et des rives de couverture. Dans la course au respect des délais, le « chemin critique » du chantier s’est maintenant translaté sur le lot suivant.

Des vérins à câbles pilotés par ordinateur

Pour cette performance, l’entreprise VSL utilise la technique des vérins à câbles. 28 vérins SLU 330 (System Lifting Unit) répartis sur 16 points de hissage développent une capacité totale de levage de 8 400 t, avec une marge de sécurité pour intégrer les aléas climatiques (pluie, neige, vent). Ces vérins creux hydrauliques d’une capacité unitaire de 330 t sont traversés chacun par un faisceau de 31 torons, des câbles acier de 46 m de long, 15,7 mm2 de section et 320 kN de résistance à la traction. Grâce à un jeu de clavettes qui bloquent ou libèrent successivement les câbles dans des blocs d’ancrage en parties haute (mobile) et basse (fixe) du vérin, les câbles effectuent une ascension de 200 mm à chaque cycle avec une vitesse de hissage maximale de 8 m/h. En pratique, l’ascension du S70 n’évolue qu’à la vitesse de 2,5 m/h pour permettre l’ensemble des mesures de contrôle de la progression. Pour chaque point de levage, les vérins, seuls ou par couple, sont alimentés par une pompe hydraulique à alimentation électrique EHPS 32, 24 ou 4/8 MS (Electric and Hydraulic Pomp System) avec un débit d’huile de 12 l/min. En cas de fuite ou problème sur ce circuit, la charge est naturellement reprise par le bloc d’ancrage situé au pied de vérin. Le maintien des torons dans ce bloc est assuré mécaniquement par des clavettes agissant comme une boîte à coins (voir schéma p. 24). Dans la phase de préparation, les 16 unités de levage sont positionnées à l’aide d’une grue télescopique au sommet des 16 poteaux qui recevront la charpente. Ces tours d’un poids de 16 t maximum regroupent une plate-forme métallique de 3,60 à 5 m de hauteur, une pompe, un ou deux vérins et seront complétées par les tours de guidage des câbles. La charpente à hisser est boulonnée sur des attaches fixées à l’extrémité des faisceaux de torons. Quelque 200 m de câbles hydrauliques et 3 000 m de câbles électriques relient les matériels et connectent les unités à un poste de contrôle au sol.

Surveillance altimétrique rigoureuse

L’opération est entièrement pilotée par ordinateur grâce au système Bravo. Une personne assure les commandes dans un poste de contrôle. Elle est en contact radio permanent avec 16 autres personnes présentes au sommet de chacune des plates-formes de hissage pour la maintenance éventuelle des pompes et vérins. Des capteurs fournissent en temps réel les données essentielles de chacun des 16 points de hissage : pression, altimétrie, progression en mm. Une tolérance altimétrique maximale de 5 cm est acceptée entre les différents points. 2 grues mobiles télescopiques et 4 nacelles élévatrices permettent un accès rapide aux tours en cas de nécessité. Un contrôle topographique continu est effectué simultanément à l’aide de deux théodolites sur les 16 points caractéristiques de la structure, grâce à des cibles placées sur la membrure inférieure de chaque ferme. Un relevé de la contre-flèche et un contrôle de la verticalité des câbles avant et après un levage partiel de 20 cm environ sont effectués avant chaque hissage. Les fermes sont conçues avec une contre-flèche de fabrication et sont décintrées avant le hissage qui s’effectue à flèche constante. La tolérance de verticalité est de 2 %. La correction éventuelle s’effectue hors charge par déplacement horizontal des vérins en tête des colonnes. Les opérations de hissage s’effectue sous vent réduit (inférieur à 50km/h). L’amplitude de balancement au vent est de /– 87 mm en longitudinal et /– 30 mm en transversal, limitée par des butées en bois fixées sur les fermes. Par une technique et des matériels analogues, l’entreprise Montalev a complété le vaste hall d’assemblage en hissant successivement les charpentes des six halls restants (S50-51-52-53-54-55), six opérations identiques de superficie propre 100 x 100 m, avec 2 500 t entièrement montées au sol, l’utilisation de 14 vérins de 450 t ou 180 t répartis en 10 points de levage, une seule opération de hissage sur une hauteur de 27,10 m à la vitesse moyenne de 3 m/h. Auparavant, l’entreprise Lastra avait inauguré le chantier en hissant la toiture du hall d’essais statiques S34 (superficie 110 m x 105 m, 2500 t entièrement montées au sol, 16 vérins de 220 t en 10 points, un seul hissage sur 28 m en 1 journée, 4,1 m/h).

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