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Liège Un dôme monumental en couverture de la gare TGV

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Liège Un dôme monumental en couverture de la gare TGV

Les 39 arcs d'une portée de 157 m sont équidistants tous les 1,92 m. De type caisson reconstitué-soudé, peints en blanc, chacun est autostable, sauf les deux d'extrémité, qui servent de liaison avec les auvents latéraux.

L'architecte et ingénieur catalan Santiago Calatrava signe avec la gare TGV de Liège un projet ambitieux tout en courbes et en lumières, avec un dôme monumental en acier et en verre de 200 m de longueur.

Après plus de dix ans de travaux, la nouvelle gare TGV du centre-ville de Liège vient d'être inaugurée. Hormis un tracé plus rectiligne des voies qui fait gagner 3,30 minutes aux trains qui ne s'y arrêtent pas, cette gare s'enorgueillit de nouveaux bâtiments signés par l'architecte valencien Santiago Calatrava. Dans la lignée de ses réalisations précédentes, cet architecte ingénieur a conçu un projet hors normes, en tenant compte d'un ferroviaire existant et d'une accessibilité déterminée au préalable. La complexité de cet ouvrage tient essentiellement aux formes courbes du béton blanc de l'infrastructure, et à la pose de la couverture. La mise en place du dôme métallique de 200 m de longueur, dont les arcs sont longitudinaux aux voies, ne devait en effet pas interrompre l'activité quotidienne de la gare. Le trafic n'a jamais cessé, avec cinq voies minimum en fonctionnement. « Cela a eu plusieurs conséquences, telles qu'un phasage méticuleux et programmé, un surcoût budgétaire, des délais et des procédures d'attribution de marché plus longs », explique Georges Théate, chef de projet chez Euro Liege TGV. Au final, le projet a subi trois ans de retard.

Le défi du béton blanc

Quant au budget, la communication officielle s'en tient au prévisionnel 2006, certainement largement dépassé, de 285 ME dont 200 pour le bâtiment.

L'attribution des marchés a été découpée en 7 lots principaux. Dès 2000, la démolition des premiers immeubles a démarré, avec déplacement de 150 m du centre de gravité de l'ancienne gare vers la nouvelle, et création d'une gare provisoire. La neuve est maintenant adossée à la colline et c'est la structure du parking qui garantit la reprise des poussées de la colline. Quatre matériaux essentiels ont été retenus par l'architecte :

- le béton pour le niveau sous les quais avec le béton blanc pour les surfaces visibles du public,

- l'acier pour la couverture et les structures situées au-dessus des quais, - les vitres et la pierre bleue.

Le lot 2, concernant le béton et le ferroviaire, a été attribué à une association momentanée, CFE (Vinci Construction), Duchêne (Eiffage), Galère (BAM) et Wust (BESIX), et a été réalisé entre 2000 et 2006. Au total, 80 000 m3 de béton armé ont été nécessaires. Un gros défi fut de réaliser les 15 000 m3 de béton blanc, en grande partie modelé avec une géométrie organique complexe. Le cahier des charges précisait de nombreuses contraintes, certaines pour minimiser les nuisances d'un chantier situé en pleine ville, d'autres plus nombreuses concernaient la teinte et la qualité de finition de surface. Le ciment devait être blanc de type CEM I 42.5, avec plus de 350 kg/m3, les adjuvants colorés étaient interdits, le granulat devait être propre et d'un diamètre inférieur à 25 mm, le sable devait être blanc.

La surface devait être lisse au démoulage, avec une teinte uniforme dans l'élément et constante d'un élément à l'autre. Les bulles devaient correspondre à l'échelle 3 de la norme NFP18-503, soit un diamètre inférieur à 0,3 cm², une profondeur inférieure à 2 mm et une surface de bullage inférieure à 2 % de la surface globale.

Six mois d'essais

« Nous avons commencé par suivre le cahier des charges en prenant des pierres calcaires de notre région, mais le résultat était trop gris, trop bleu et pas assez chaleureux », confie Philippe Lismonde, ingénieur méthodes génie civil chez Galère. Six mois d'essais ont alors commencé, avec différents coffrages (bakélisé, unalit, PEHD, Zemdrain, mdf, voligé), toutes sortes d'huiles de décoffrage, de cires et de vernis et différents adjuvants. Les pierres grises, même lavées et roulées, ont été abandonnées au profit de pierres blanches. Malgré ces essais, la teinte demeurait trop grise, le bullage était de toutes tailles, et comme le béton obtenu était trop pierreux et pas assez gras, son œuvrabilité était médiocre. « Après une deuxième série d'essais, nous sommes arrivés à une mise en œuvre sensiblement différente du cahier des charges : nous avons ajouté un adjuvant - le TiO2 - le CEM I a été remplacé par du CEM II (à 425 kg de ciment par m3), le granulat était blanc, et le C25/30 a été remplacé par le plus coûteux C40/50 », ajoute Philippe Lismonde. Outre l'oxyde de titane à 1 %, d'autres adjuvants ont été ajoutés comme du plastifiant et de l'antibullage.

Des formes complexes

La mise en œuvre devait suivre une méthodologie très rigoureuse, avec des contrôles à chaque étape, de la teinte, de la fluidité, de la quantité d'eau, le mixer devait être contrôlé et nettoyé, ainsi que le skip. GraviBéton a consacré une de ses centrales pendant cinq ans au béton blanc. Il fallait aussi être attentif au fait de ne pas salir les coffrages, et bien souffler les armatures avant bétonnage. L'autre difficulté était de fabriquer des formes courbes, non développables, certaines répétitives comme les lamelles, les consoles ou les formes en K, d'autres étant particulières comme les tripodes ou les fléchettes de support des auvents. La fabrication des coffrages, pour suivre les formes 3D et pour obtenir la qualité de fini de surface exigée, est devenue un travail de menuiserie de précision. Des gabarits 3D ont été usinés en atelier par logiciel avec une fraiseuse à 5 axes, avec une peau de coffrage en lattes de bois éventuellement rectifiées. Il fallait les rendre jointives (en les plastifiant) et imperméables (avec un vernis). Un vrai travail d'ébénisterie. Ces gabarits étaient ensuite fixés par le dos sur des panneaux de coffrage MDF standard, formant un parallélépipède circonscrit à la forme à mouler.

Malgré toutes ces précautions, une fois coulée, la teinte du béton dépendait très fortement de l'âge du décoffrage, du vieillissement et du durcissement du béton, de la température extérieure, de l'humidité du coffrage... Enfin, le fini de la surface ne donnait pas satisfaction, et il n'était pas rare que le décoffrage écorne les arêtes. La qualité de finition étant vérifiée contractuellement avec une pénalité de 50 euros au dm2, une amende de 25 000 euros d'amende a été donnée pour le premier mur de béton blanc livré. Un travail conséquent de ragréage était indispensable et les entreprises de gros œuvre ont négocié ultérieurement des compensations financières. Certaines formes posaient des contraintes très spécifiques, comme le mur côté est (rue Varin). Ses rainures horizontales étaient difficiles à réaliser et l'inclinaison du fruit du parement incliné favorisait le bullage. Ainsi, 35 peaux différentes de coffrage ont été testées sans succès. Alors que la préfabrication était interdite dans le cahier des charges initial, la seule solution fut de préfabriquer à l'horizontal une dalle portant le motif des rainures, puis de la dresser avec les consoles et la rebétonner. D'autres éléments préfabriqués suivirent, tous coulés sur chantier afin de garantir la constance d'aspect exigée, à l'exception de certains éléments répétitifs pour le parking par exemple, ou pour encadrer les pavés de verre des quais.

Une voûte de 200 m

La charpente métallique a été confiée à l'entreprise espagnole Elaborados Metalicos, qui travaille fréquemment avec Calatrava, assistée du BE Greisch. Au final, 85 % de la structure a été préfabriqué en ateliers à la Coruña en Espagne, en tronçons de 10 à 18 m, et acheminés par camions et par bateaux (passerelles et pièces importantes des arcs). La voûte est la pièce la plus imposante, d'une largeur de 73 m, avec 198 m de façade et un sommet culminant à plus de 35 m. D'un poids de 3 500 t, elle est constituée de 39 arcs équidistants tous les 1,92 m, d'une portée de 157 m. Leur section est de type caisson reconstitué-soudé, composées en semelle supérieure de plats (267 x 10 à 560 x 15 mm) ainsi que pour l'âme (834 x 10 à 1 961 x 15 mm) et d'un tube circulaire pour la semelle inférieure (267 x 6,3 mm). Ces arcs sont chacun auto-stables, sauf les deux d'extrémité, qui servent de liaison avec les auvents. En l'absence de contreventement, les auvents assurent la stabilité latérale. « La particularité de cette structure est que les arcs du dôme sont longitudinaux, au lieu d'être transversaux aux voies, souligne Marcel Blaise d'Euro Liège TGV.

La reprise des charges se fait avec les deux passerelles. » Larges de plus de 14 m, ces passerelles de 1 400 t chacune sont distantes de 160 m. Elles reposent à hauteur de chaque quai sur cinq quadripodes ainsi que sur la structure des escalators, ce qui limite ainsi les effets de torsion dans leur structure.

Deux auvents asymétriques

Les auvents, aussi appelés « casquettes », couvrent les entrées de la gare, qui se font soit par la place côté ville, soit par le parking côté ­colline. Celui côté ville culmine à 45 m et pèse 1 700 t, et celui côté colline à 38 m pour 1 400 t. Leur réalisation a duré de 2003 à 2007. Ils ont été assemblés sur place avec les 4 derniers arcs de la toiture centrale, provisoirement étayés. Une fois les deux auvents montés, les tirants provisoires de la toiture centrale ont été retirés. Comme les efforts des deux auvents n'étaient pas les mêmes, un déplacement s'est produit de l'ensemble de la structure vers la place, avec une déformation de 8 cm.

Les auvents sont constitués de quatre arcs appuyés à leur naissance sur deux structures en béton armé (des tripodes côté ville et des fléchettes côté colline). Deux de ces arcs servent de membrures inférieures et supérieures à la structure portante de l'auvent, une poutre de type « Virendeel ». Les deux autres arcs sont reliés avec des pannes à la membrure supérieure et servent de support aux chassis de la verrière. L'un est excentré, l'autre est solidarisé en clef avec la toiture principale. Il joue un rôle de tendeur pour le dôme, et limite ainsi le déplacement transversal à 14 cm sous les charges permanentes, d'après les calculs du BE Greisch. Chaque panne est unique, avec une hauteur et une inclinaison variable. Elles sont disposées tous les 1,50 m et ont été transportées en une seule pièce, la plus longue faisant 27 m. La peinture, comme pour l'ensemble de la structure métallique, est de la métallisation sablage SA3, donnant un rendu brillant mat. En usine, les pièces ont été passées à l'epoxy, puis peintes avec trois couches sauf aux joints grâce à une bande cache. Sur chantier, les deux dernières couches ont été appliquées après ­soudage des pièces entre elle.

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