L’architecture durable se caractérise par le fait qu’elle reste fonctionnelle sur une longue période et qu’elle est construite de manière à préserver les ressources. Le MAIN CAMPUS d’Allschwil en est un exemple.
LA DURABILITÉ DANS LE PROCESSUS DE CONCEPTION
Quel a été le plus grand défi de la conception du Main Campus en termes de durabilité ?
Alexander Franz (AF) : La création d’un bâtiment hautement flexible et réutilisable à l’avenir, avec beaucoup d’espaces extérieurs attrayants pour l’utilisateur. De plus, toutes les surfaces locatives sont équivalentes. Sur 50 000 m2, tous les locataires bénéficient d’un accès direct à l’extérieur, de beaucoup de lumière et d’un plan ouvert pour leur propre aménagement. La structure porteuse extérieure rigidifie le bâtiment et rend l’utilisation du béton très efficace. La part de béton utilisée a ainsi pu être réduite de manière drastique.
Dans une interview parue dans Hochparterre, on peut lire que, pour le Main Campus, la planification avait été classique (manuel de projet, études de volume, concepts architecturaux, etc.).
Quelle en était la raison et qu’est-ce qui devrait être différent aujourd’hui ?
AF : Dans l’interview mentionnée, il était question de la comparaison avec le bâtiment voisin HORTUS, qui est actuellement en cours de construction. Ici, nous avons développé dès le début des éléments de construction pour lesquels nous avons redéfini les exigences en matière d’écologie et de physique du bâtiment. Cette démarche était très particulière et ne peut pas être généralisée. Ce qui a toutefois changé depuis, c’est qu’on intègre au projet une prise de conscience de la durabilité dès le premier jour de la planification. Cela peut bien sûr aussi se faire par la voie classique d’un développement de projet.
LA DURABILITÉ DANS LA PLANIFICATION
Quelles questions les architectes et les ingénieurs doivent-ils se poser aujourd’hui en matière d’économie circulaire, de préservation des ressources et de durabilité ?
Fabio Pesavento (FP) : Actuellement, la structure porteuse met l’accent sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre lors de la fabrication ainsi que de la réutilisation des éléments de construction.
AF : Nous devons continuer à ouvrir et à élargir l’éventail des matériaux disponibles. Les matériaux habituels de la structure porteuse, comme le béton, l’acier ou le bois, peuvent tous être durables s’ils sont utilisés correctement et rendus recyclables. Une grande attention doit être portée à la production de ces matériaux, non seulement pour réduire les émissions de CO2, mais aussi pour diminuer la part d’énergie grise.
Comment avez-vous intégré la préservation des ressources dans la planification et la construction du bâtiment ?
FP : On n’a construit que ce qui était absolument nécessaire. La combinaison de plusieurs fonctions dans le même élément de construction a permis d’utiliser les matériaux de manière très efficiente.
AF : On a renoncé aux revêtements inutiles afin d’utiliser le minimum de matériaux dans la construction.
Dans l'interview de Hochparterre, il a été dit que de nouvelles discussions étaient nécessaires en ce qui concerne la construction, la matérialité et la typologie. Qu’entend-on par là ?
AF : On devrait envisager dès le départ la possibilité de réutiliser un bâtiment afin de lui offrir une seconde vie et de ne pas être obligé à un moment ou un autre de démolir (et donc rebâtir en remplacement). En ce sens, la construction devrait être durable et les matériaux à déconstruire recyclables.
Avez-vous optimisé la construction en béton du bâtiment afin de créer une solution plus durable ?
FP : Oui, on n’a construit en béton que ce qui était absolument nécessaire. Ni trop, ni trop peu.
Comment faut-il planifier les portées, la trame des piliers, les dalles d’étage et la structure porteuse afin qu’elles restent flexibles pour les utilisations futures ?
AF : Pour le SIP Main Campus, nous avons choisi un rapport optimal entre la trame des piliers et l’épaisseur des dalles d’étage. Si nous avions agrandi la trame des piliers, les dalles auraient été plus épaisses et l’empreinte carbone du béton utilisé ainsi que les coûts auraient augmenté de manière exponentielle. La trame choisie de 7 x 7 m permet un plan très flexible pour des laboratoires ou des bureaux. Dans un avenir lointain, il serait également possible d’envisager des logements dans cette trame.
Quel est le rôle du béton dans ce projet ?
FP : Un rôle très central. Le bâtiment n’aurait pu être construit avec aucun autre matériau en raison des charges, des portées et des exigences vibratoires requises.
Quelle est la fonction de la structure porteuse dans ce projet ?
FP : Outre la reprise des charges verticale et horizontale, la structure porteuse présente également des fonctions acoustiques, thermiques et de protection contre les incendies. Les éléments de construction externes contribuent également à la protection solaire structurelle.
INTÉGRATION DANS LE PAYSAGE URBAIN ET FLEXIBILITÉ
Comment le bâtiment a-t-il été conçu pour s’intégrer harmonieusement dans le paysage urbain environnant ? Ou qu’est-ce qui le distingue ?
AF : Le bâtiment est situé au milieu d’une zone industrielle, en face d’un centre de recyclage, d’une gravière et d’une cimenterie. Il dégage une impression de robustesse à l’extérieur et renferme un grand parc à l’intérieur.
Comment la conception du bâtiment a-t-elle été pensée pour qu’il puisse réagir de manière flexible aux changements des exigences futures ?
FP : Les dalles plates sont en grande partie exemptes d’incorporés et ne posent aucun problème s’il faut faire des ouvertures par la suite.
Comment avez-vous pris en compte les différentes exigences et besoins des utilisateurs du bâtiment lors de la planification et de la conception ?
AF : Cela a certainement été l’un des plus grands défis dans la conception de l’ouvrage. Le bâtiment a été conçu et construit sans connaître les utilisateurs et leurs exigences. Ceux-ci ne sont arrivés que plus tard. Le bâtiment a donc dû être totalement flexible dans la conception du plan, du raccordement des installations techniques et des percements ultérieurs, etc.
EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE ET TECHNOLOGIES
Comment les matériaux et technologies respectueux de l’environnement ont-ils été pris en compte lors de la conception du bâtiment ?
FP : Les matériaux utilisés se distinguent par leur longévité et leur utilisation efficace.
Comment l’efficacité énergétique du bâtiment a-t-elle été maximisée et quelles technologies ont été utilisées à cet effet ?
FP : Le bâtiment est très compact de par sa forme et ses dimensions, ce qui réduit considérablement ses besoins en chauffage. La protection solaire structurelle assurée par les balcons et les coursives réduit un éventuel besoin de rafraîchissement.
AF : Dans ce bâtiment de laboratoire, l’accent est mis sur le rafraîchissement plutôt que sur la production de chaleur. Des panneaux de chauffage/rafraîchissement ont été placés au plafond, de sorte que la façade puisse être totalement exempte d’installations techniques. Des simulations ont été réalisées à cet effet avec la HES de Lucerne, ce qui a permis de confirmer la faisabilité. L’énergie pour le chauffage et le rafraîchissement provient du sol de fondation via des installations géothermiques.
QUESTIONS GÉNÉRALES
Comment la façade du bâtiment a-t-elle été conçue et quelles fonctions réunit-elle ?
FP : La façade joue en même temps un rôle dans la stabilisation sismique, de la protection thermique estivale ainsi que de la voie d’évacuation en cas d’incendie.
AF : Nous voulions donner de la profondeur à la façade et avons utilisé les piliers extérieurs non seulement comme éléments porteurs mais aussi comme éléments de conception, ce qui confère au final son identité au Main Campus. Dans la cour intérieure, des coursives mènent aux cages d’escalier. Celles-ci servent à la fois de desserte principale et de voie d’évacuation. Il a ainsi été possible de renoncer à d’autres escaliers (intérieurs) afin que les étages restent exempts de noyaux. Le long de la façade extérieure, il n’y a pas de coursive, les piliers se trouvent ici directement sur la façade en verre. Des balcons sont suspendus entre les deux. Un petit passage entre les piliers de la façade permet néanmoins de se déplacer de balcon en balcon, par exemple pour l’entretien de la façade.
Comment la structure de la façade semblable à une grille contribue-t-elle à réduire les éléments porteurs à l’intérieur et quels avantages en découlent pour les surfaces utiles ?
FP : Les éléments de contreventement sont positionnés au niveau de la façade, ce qui augmente la flexibilité à l’intérieur.
Comment les cloisons ont-elles été conçues aux angles du bâtiment afin d’obtenir l’expression architecturale souhaité ?
FP : Comme une cloison par étage suffit pour la reprise de charge et le contreventement, les angles ont pu être réalisés avec des cloisons décalées d’un étage à l’autre pour obtenir l’expression architecturale souhaitée.
AF : Les façades présentent une trame régulière. C’est aux angles du bâtiment, là où les deux trames se rencontrent, qu’apparaît une rupture. La trame se dissout dans l’alternance des étages. C’était certainement un défi pour l’ingénieur civil de mettre cela en œuvre sur le plan statique.
Quels types de dalles ont été utilisés dans le bâtiment et quelle est leur épaisseur ?
FP : Les dalles standard sont des dalles plates en béton armé d’une épaisseur de 28 cm.
Le Main Campus est un projet phare de la planification spectrale. Pour nous, la planification spectrale signifie penser et planifier un bâtiment comme un tout, l’esthétique et la construction comme une unité, car l’approche globale favorise l’efficacité et la qualité. Le bâtiment a été conçu à partir de la façade, en étroite collaboration entre l’architecte et l’ingénieur, afin de combiner l’efficacité et les coûts du bâtiment avec l’expression architecturale souhaitée. Il s’agissait de développer une façade qui réunisse le plus de fonctions possible dans l’esprit de la planification spectrale. Il a ainsi été possible de réduire l’utilisation de matériaux, ce qui, associé à une longue durée de vie et à des possibilités d’utilisation flexibles, a permis d’obtenir une solution durable.
Le bâtiment a été conçu à partir de la façade, en étroite collaboration entre l’architecte et l’ingénieur. Celle-ci a été développée de manière à réunir le plus grand nombre possible de fonctions dans l’esprit de la planification spectrale : protection contre les intempéries et le soleil, voie d’évacuation ainsi que reprise des charges horizontale et verticale. Pour cela, il a fallu réunir les différentes conditions cadres. L’utilisation de la voie d’évacuation a dicté la largeur des balcons. Deux effets contradictoires étaient déterminants pour la dimension des cloisons : pour la sécurité structurale en cas de séisme, les forces sismiques devaient être réduites au minimum, c’est pourquoi les cloisons devaient être aussi souples que possible. Pour remplir leur fonction, la souplesse des cloisons devait être limitée à la déformation maximale admissible. Et pour que le rapport coûts-efficacité du bâtiment avec une structure porteuse en façade planifiée spectralement soit meilleur que celui d’un bâtiment conventionnel, il a fallu renoncer aux éléments de construction et donc aux coûts d’une structure porteuse conventionnelle – les noyaux et les piliers de façade intérieurs ont été supprimés. La façade combine toutes les exigences techniques et donne au bâtiment son expression architecturale. La structure profonde en béton coulé sur place, semblable à une grille, absorbe les charges verticales, renforce le bâtiment horizontalement et réduit ainsi les éléments porteurs à l’intérieur, ce qui permet d’augmenter les surfaces utiles et de les diviser de manière flexible. La façade en porte-à-faux permet de créer des balcons filants qui servent de voie d’évacuation, d’accès et de protection solaire. Le plan, la trame porteuse et la hauteur des pièces sont optimisés pour accueillir des bureaux et des laboratoires.
L’optimisation du Main Campus va au-delà de la façade, car un nouveau bâtiment destiné à abriter des bureaux et des laboratoires doit être le plus flexible possible. Des dalles minces et la possibilité de contreventer des piliers avec peu de moyens et de créer ainsi un espace à deux étages y contribuent. Par conséquent, on a également recherché l’optimum des coûts pour la trame des piliers, entre une trame dense avec de nombreux piliers et une faible épaisseur de dalles et une trame aérée avec un petit nombre de piliers et une grande épaisseur de dalles. Pour ce faire, on a étudié la relation entre les coûts, la portée, l’épaisseur de dalles et le nombre de piliers. Résultat : une trame de 7 x 7 m est optimale et rentable pour le Main Campus.
Afin de garantir une sécurité sismique conforme à la norme SIA avec une structure porteuse aussi efficace que possible sur le plan économique, deux concepts parasismiques opposés ont été comparés en termes de rentabilité. Les structures porteuses rigides ont une faible capacité de déformation et reprennent les charges, la variante rigide prévoyait des noyaux pour le contreventement. Les structures souples ont une grande capacité de déformation et de dissipation d’énergie, la variante souple et mobile prévoyait des cloisons porteuses. Les coûts des différents types de murs parasismiques – qu’ils soient construits dans un noyau, sous forme de murs de refend ou de cloisons – sont pratiquement identiques. Dans le cas du GRID, la variante souple (cloisons) nécessite plus de 40% de murs parasismiques en moins que la variante rigide (noyaux), ce qui résulte d’une réduction des forces sismiques d’un facteur 4. Les coûts de contreventement peuvent ainsi être réduits d’environ 40% pour un bâtiment de même taille. La comparaison des différents concepts parasismiques et des solutions hybrides a révélé que la variante la plus efficace en termes de coûts était la façade structurelle avec en sus des refends des cages d’ascenseur, nécessaires du point de vue des utilisateurs, qui viennent contreventer le bâtiment.
Les cloisons de façade disposées dans la zone froide ne servent pas seulement de contreventement horizontal, mais aussi d’appui pour la reprise de la charge verticale des dalles situées dans la zone chaude, et ce sans raccords thermiques coûteux. Les cloisons de la façade extérieure sont conçues en deux parties et dimensionnées sur la base de piliers à structure de type Vierendeel. La section efficace sur le plan statique des deux piliers du système Vierendeel est de 40 x 40 cm et de 60 x 40 cm. Entre les deux piliers se trouvent les dalles de balcon qui stabilisent l’axe faible des cloisons. Les dalles de balcon sont également utilisées comme supports de flambage pour les cloisons de la cour intérieure. Au rez-de-chaussée, les cloisons sont soumises à une forte contrainte statique, qui diminue rapidement à partir du 1er étage, ce qui explique que la largeur efficace sur le plan statique passe de 1,40 m au rez-de-chaussée à 1,20 m dans les étages supérieurs. Dans les zones des deux passages bâtis sur deux étages sur les côtés longitudinaux, la dalle se trouvant au-dessus du rez-de-chaussée est pleine et les cloisons ont une forme spéciale à double hauteur. Afin de garantir l’uniformité des façades, les dalles de balcon sont traversantes, ce qui permet de protéger les cloisons à deux étages contre le flambage et les problèmes secondaires. La légère inclinaison de la face avant des cloisons et le décalage de 28 cm soulignent les horizontales et l’échelle du bâtiment. L’étroite interaction entre la structure porteuse et l’architecture se manifeste également au niveau des angles du bâtiment : comme une cloison par étage suffit pour la reprise des charges et le contreventement, les angles ont pu être réalisés avec des cloisons décalées d’un étage à l’autre pour obtenir l’expression architecturale souhaitée.
Les dalles des étages sont des dalles plates en béton coulé sur place. La dalle se trouvant au-dessus de l’étage 4 présente une épaisseur de 30 cm en raison de la surcharge plus élevée, toutes les autres dalles ont une épaisseur de 28 cm. Les dalles sont posées sur des consoles de façade qui sont séparées thermiquement par du béton léger d’une épaisseur d’au moins 10 cm. Telles des poutres fixées unilatéralement entre deux cloisons, les dalles de balcon courent autour des façades extérieure et intérieure et sont également utilisées comme voie d’évacuation (à l’intérieur) ou pour l’entretien du bâtiment (à l’extérieur). Elles sont séparées thermiquement des dalles des étages, présentent une épaisseur maximale de 38 cm et sont conçues avec une pente vers l’extérieur, l’évacuation des eaux se fait librement sans gouttière. Les cloisons et les dalles de balcon sont reliées d’un côté de manière monolithique, de l’autre côté les dalles reposent librement sur un support. Là où elles reposent librement, les dalles de balcon sont séparées proprement d’un côté par du plastique, car la mesure de retrait correspond à la dilatation sous l’effet de la température et peut ainsi absorber environ ±1,5 mm par balcon. La dalle est partiellement posée sur la console et maintenue transversalement par des goujons de cisaillement au niveau des cloisons. Les dalles de balcon sont immobilisées au niveau du support fixe au moyen d’une armature vissée. La stabilité des cloisons est assurée aussi bien par le côté immobilisé que par les goujons de cisaillement. Les piliers intérieurs disposés selon une trame de 7 x 7 m répondent par leur matériau et leur type de section aux conditions cadres architectoniques et statiques, correspondent aux dimensions minimales nécessaires et sont réalisés en tant que poteaux préfabriqués en béton centrifugé.
Les cages d’escalier en colimaçon situées dans les angles de la cour intérieure se trouvent dans la zone froide non isolée et sont séparées du bâtiment tant sur le plan thermique que statique. Conçues à l’origine en tant que construction légère en bois, qui assure élégamment les fonctions principales des murs des cages d’escalier (isolation, protection incendie) et qui laisse passer la grille en béton de la façade, les cages d’escalier n’étaient pas pertinentes pour la conception de la structure porteuse. En raison des exigences en matière de protection incendie et pour des raisons de coûts, les murs circulaires ont été réalisés en béton. Ils ont été séparés du bâtiment en surface afin qu’il conserve sa souplesse. Les murs circulaires rigides ont été utilisés pour supporter la passerelle entre les cloisons et les murs, ce qui a permis de se passer de piliers dans les cages d’escalier. Les volées d’escalier sont encastrées dans les murs circulaires des cages d’escalier et donnent une impression de porte-à-faux. Les passerelles reposent sur des consoles dans les cloisons extérieures et sur les murs circulaires et présentent une épaisseur variable de 35 cm en périphérie à 60 cm au centre. Comme, malgré cette épaisseur importante, il faudrait s’attendre à des déformations dépassant les limites admissibles, elles sont conçues avec une surélévation constructive d’environ 30 mm et sont considérées comme des zones taboues, tout comme les toits des cages d’escalier. La grande flexibilité de ce système de structure porteuse est également visible dans les cages d’escalier : comme la façade assume les fonctions statiques principales, le matériau prévu pour les murs des cages d’escalier a pu être facilement modifié.
Le Main Campus à Allschwil BL est un bon exemple de concept de bâtiment fonctionnel à long terme.
La Suisse fait figure de référence en matière de construction avec du béton recyclé. Elle a systématiquement créé les conditions nécessaires pour cela, grâce à une culture du bâti de haut niveau et à une densité de construction d’un niveau encore supérieur, à une législation sur la construction qui encourage le recyclage, ainsi qu’à l’utilisation contrôlée et certifiée de processus de recyclage à l’échelle industrielle et à une demande croissante de la part des maîtres d’ouvrage pour des matériaux sains et de grande valeur écologique qui n’ont pas parcouru de longues distances.
En savoir plus
Une histoire à succès pour les kayakistes de Soleure :
Le projet de hangar à bateaux à Soleure décrit la réalisation réussie d'un projet de construction durable pour les kayakistes soleurois. Le bâtiment, composé de béton et de bois, qui sera achevé en 2023, s'intègre harmonieusement dans le paysage pittoresque des bords de l'Aar.
