Renforcement de la coque
Réalisée dans les années 70, la coque des amphithéâtres souffrait d’importantes dégradations structurelles. Sa restauration délicate a nécessité le renforcement des poutres lamellé-collé par du lamibois et l’utilisation de mortier de résine.
Au début des années 70, six amphithéâtres en forme de coquille Saint-Jacques ont été réalisés à l’université de Reims. À l’intérieur, des amphithéâtres dont la structure est composée de nervures en lamellé-collé qui reposent sur des portiques en béton armé par l’intermédiaire de ferrures d’ancrages. Suivant la taille des amphithéâtres, ces portiques sont au nombre de deux ou de quatre. Ils portent chacun une nervure principale, qui reprend d’une part les charges de la toiture et d’autre part, un chevêtre transversal. Ce chevêtre transmet les efforts des nervures voisines vers les nervures principales.
Une structure en 3 D, sans logiciel
Trente ans après leur construction, de nombreuses dégradations sont apparues sur la structure des coques, mettant en jeu la sécurité des bâtiments. L’analyse des désordres a permis d’en distinguer deux types principaux : des infiltrations d’eau et des fissurations sur les poutres transversales.
« À l’époque, ces structures ont été conçues sans logiciel permettant une visualisation en 3D », explique Dominique Calvi, maître d’œuvre. Une prouesse au vu de la complexité du bâtiment. Toutefois, quelques erreurs de calcul ont dû être commises puisque, structurellement, la partie haute de l’ouvrage en porte-à-faux a fini par provoquer une bascule de la partie basse, en la soulevant.
Les nervures principales supportent un chevêtre transversal, situé à environ 9 m du bas de l’amphithéâtre, et à partir duquel des nervures secondaires remontent vers le haut de la coque (voir schéma). Elles sont à inertie variable, et leur hauteur varie entre 1 m en bas de l’amphithéâtre et 80 cm sur la rive haute de la coque. Des poutres en lamellé-collé (et un double HEA métallique) sont disposées perpendiculairement aux nervures. Elles sont en appui sur les portiques en béton par l’intermédiaire de ferrures. Elles portent, notamment par un système de suspentes, les nervures intermédiaires qui ne sont pas en appui sur les portiques. Toutes les autres nervures sont appuyées en partie basse, soit sur un portique béton, soit sur le chevêtre qui relie les nervures entre elles.
Des fissures autour des ouvertures
En partie haute, la coque est suspendue aux poutres formant la ceinture de la toiture. Cette ceinture est constituée de poutres en lamellé-collé de section 60 par 14 cm à plat. La rigidité de la toiture est essentiellement assurée par des pannes en lamellé-collé à inertie variable, avec une section plus importante en partie centrale (1,20 m), et placées perpendiculairement aux nervures. Cette structure complexe a supporté diversement les aléas du temps. La technique du bois lamellé-collé, novatrice à l’époque, était encore insuffisamment maîtrisée. Pour permettre l’entretien des amphithéâtres, des trous d’hommes avaient été percés dans les poutres en lamellé-collé, facilitant ainsi le passage des ouvriers. La dimension de ces percements carrés était d’environ 70 cm. Cependant, ils n’avaient pas été suffisamment pris en compte lors des calculs de structure, et des fissures sont apparues autour des ouvertures. De plus, certaines poutres suspendues ne prenaient pas en compte les limites de traction transversales.
Par ailleurs, des infiltrations d’eau se sont produites, en toiture et sur les poutres insuffisamment protégées. Ces infiltrations ont lentement abîmé les membrures des coques et épaufré certaines poutres, en entraînant d’importants manques de matière. « Il a fallu tout recalculer pour donner à l’ensemble des structures la rigidité nécessaire à des bâtiments destinés à recevoir du public », précise Alain Beauny, chef du service technique chargé du patrimoine immobilier à l’université de Reims.
L’objectif de la restauration consiste à compléter la matière manquante et à renforcer les structures, sans changer l’aspect général des amphithéâtres. Pour réparer les poutres et les membrures des coques, diverses techniques ont été employées :
– utilisation d’un mortier de résine pour les petits manques,
– recomposition du côté des nervures qui reprend les efforts et qui est soumis à compression,
– remplacement des membrures abîmées.
C’est le lamibois LVL (laminated veneer lumber) Kerto qui a été choisi pour renforcer les poutres et remplacer les membrures latérales. Sa structure à joints croisés assure sa stabilité, et sa résistance à la traction comme à la compression permet de consolider les nervures, qui sont également en équilibre hygrométrique. Des plaques sont découpées précisément à la mesure des manques.
Les poutres sont décapées, puis des éléments de poutre avec précontrainte sont vissés et collés le long des éléments à renforcer. Les trous d’hommes sont laissés en place, mais les poutres sont renforcées pour reprendre les efforts correspondants et éviter les fissurations. Les nervures exposées à la pluie reçoivent ensuite une peinture de protection.
La toiture qui forme une pente de 16 %, est constituée d’une étanchéité sur bac acier isolant avec laine de verre rigide. Ses nervures formant acrotère ont été protégées par une couvertine en zinc-quartz de couleur gris homogène. Les membrures latérales sont protégées quant à elles par un bardage blanc.
