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Un matériau structurel
fiche histoire n°3
   



1 UN MATERIAU STRUCTUREL



Palais des sports de Rome. Vue de la voûte en résille


Explicitement ou non, les brevets du XIXe siècle conçoivent les constructions en béton armé comme des réalisations monolithes qui correspondent à trois types fondamentaux de principes structuraux : les voiles et coques, les trames et les résilles. La barque de Lambot ainsi que les bacs à fleurs, bassins et autres citernes de Joseph Monier emploient le matériau comme un voile continu, une enveloppe. Le système Monier revêt une dimension historique d’autant plus importante que son inventeur l’a diffusé en Allemagne où il est exploité par l’entreprise Wayss, ce qui explique l’avance technologique dont vont faire preuve les entreprises d’Outre-Rhin dans le domaine de la construction en coques.
 

Palais de Turin, 1947-1949, détail de la retombée des voûtes, P.-L. Nervi, ingénieur. ©photo d.r.


Le procédé préconisé par le Centralien Paul Cottancin se rapproche du principe mis au point par Monier, tout en relevant d’un concept unique pour son époque. L’ingénieur imagine la réalisation de voiles nervurés. Affirmant la dimension « informelle » du matériau, il n’associe son principe structurel à aucune forme précise de structure ou d’élément constructif. Ses recherches se focalisent sur le rôle joué par la configuration du réseau des armatures constituant, selon lui, le principal facteur de la solidité des ouvrages grâce à leur adhérence avec le béton qui les enrobent(1). Son système prévoit l’exécution de nervures ou « épines contreforts rationnelles». Elles peuvent faire corps avec le voile de béton qu’elles raidissent ou être exécutées sans, pour engendrer une résille surfacique. Séduit par l’invention, l’architecte Anatole de Baudot l’a notamment employé pour réaliser les planchers et voûtes en voiles minces de l’église Saint-Jean-l’Evangéliste (1894-1904), à Paris.


Eglise Saint-Jean-l’Evangéliste, Paris, A. de Baudot, architecte P. Cottancin, ingénieur,1904. ©photo d.r.
 

 



Les « systèmes » imaginés par Bordenave, Hennebique, Matrai ou celui de Monier exploité par Wayss débouchent sur généralement l’exécution d’ossatures en poteaux-poutres.


Entrepôt construit par l’entrepreneur Wayss en exploitant le système Monier, ca 1887. ©photo d.r.


Enfin, Edmond Coignet se distingue de ses concurrents par la conception de structures se référant soit à l’ossature tramée, soit aux coques de béton armé voire à l’association des deux systèmes.



1.1 VOILES ET COQUES




Le béton armé s’illustre comme la première technologie constructive permettant l’exécution de surfaces continues, aux géométries les plus variées. En outre, les voiles et coques ne relèvent pas de l’imitation de modèles contrairement aux trames et résilles de béton armé. Celles-ci reprennent d’anciennes formules réalisées en bois, briques, pierres ou métal alors que le concept du voile monolithe correspond à une innovation qui exploite pleinement les qualités propres au matériau : sa résistance à la compression, à la traction et à la flexion ainsi que sa capacité à épouser toute forme par coffrage.

A partir des années 1890 apparaissent les premiers voiles plans porteurs, verticaux ou obliques, dans les programmes industriels et utilitaires (silos, citernes,...), les travaux Publics (canalisations, murs de soutènement, quais, ...) et des ouvrages pour l’Etat-major (stand de tir).


Silos à blé dans le port de Gênes, procédé Hennebique. ©doc IFA
 

Îlot artificiel pour le lancement de torpilles en rade de Hyères, 1909, procédé Hennebique. ©doc IFA


Mais c’est pour la réalisation de toitures et d’ouvrages d’art (ponts et viaducs) que le voile structurel de béton est mis en œuvre selon les conceptions les plus novatrices qui révèlent une nouvelle esthétique architecturale.


Mur de soutènement à Berne, 1910, procédé Hennebique. ©doc IFA




1.1.1 Les voiles minces




Monier a joué un rôle essentiel dans le développement de la technique des voiles et coques. Dans le dernier tiers du XIXe siècle, sur des bases empiriques, il construit les premières citernes en coques de quelques centimètres d’épaisseur(2). La plus étonnante épouse une forme sphéroïde qui préfigure les réalisations des années cinquante et soixante du XXe siècle.


Citerne en voile de béton armé, ca 1880, Monier, entrepreneur. ©photo d.r.


Par la suite, dans les années 1890, apparaissent les couvertures en voile mince cylindrique dont la conception est étayée par le calcul scientifique. En Allemagne, c’est l’entreprise Wayss & Freytag qui, vraisemblablement, réalise les premières voûtes de ce type pour la couverture de silos. En France, le spécialiste de ces structures est le centralien Edmond Coignet. En 1895, en collaboration avec l’architecte A. Galeron, il conçoit une « sphère céleste » de 46 m de diamètre pour 10 cm d’épaisseur. Le projet, prévu pour l’Exposition Universelle de 1900 à Paris, n’a pas été réalisé.


« sphère céleste » en voile de béton armé, ca 1900, Galeron, architecte, E Goignet, entrepreneur. ©photo d.r.


En 1897, il édifie en Belgique les séchoirs d’une cimenterie, couverts de fines coques cylindriques, dont on ignore si elles sont autoportantes ou si elles reposent sur une charpente interne.


Cimenterie de Riel-en-Ruppel, Belgique, 1897, E. Coignet, ingénieur et entrepreneur. ©photo d.r.


D’après les brevets et documents iconographiques consultés, il semblerait en effet que les coques alors mises en œuvre ne constituent pas toujours de véritables structures spatiales autoportantes mais de simples hourdis courbes reposant sur des ossatures porteuses, à fermes et pannes. Dans l’état actuel des connaissances et selon l’historiographie, la première couverture en coque de béton armé réellement autoportante exécutée en France est attribuée à l’entreprise Boussiron pour des entrepôts ferroviaires, à Paris. Il s’agit de voiles cylindriques de 10 m de portée, édifiés en 1910.


Entrepôts de Paris-Bercy, Boussiron, entrepreneur, 1910. Vue intérieure. ©photo d.r.
 

Entrepôts de Paris-Bercy, Boussiron, entrepreneur, 1910. Vue extérieure. ©photo d.r.


Parallèlement, en 1917, en Allemagne, la firme Rank réalise sur la base militaire de Berlin-Karlhorst une série de hangars aéronautiques couverts de dômes sphériques (coupoles), de 23 m de diamètre - les premières du genre semble-t-il.

Ces exemples montrent que la technique moderne des couvertures en coques de béton armé ne prend vraiment son essor qu’à partir des années 1910, en Allemagne et en France. L’évolution de la technique est liée, une nouvelle fois, à la mise au point de méthodes de calcul rigoureuses mais aussi à la découverte des principes fondamentaux qui président à la rigidité des fins voiles de béton.

L’école allemande s’inscrit notamment à l’origine de la théorie scientifique de leur stabilité tandis que l’école française se distingue surtout par ses innovations dans le domaine de leurs configurations géométriques. Les voiles minces doivent leur résistance à leur forme même. Or la notion de « résistance de forme » repose sur deux principes morphologiques majeurs : le pli et le jeu des courbures qu’épousent les surfaces exécutées.


Le premier XXe siècle :

Dans l’entre-deux-guerres, en Allemagne, le secteur économique de la construction en béton armé évolue sensiblement : l’entreprise Wayss & Freytag perd peu à peu son leadership face à son principal concurrent national, la firme Dywidag, qui va la surclasser pour devenir l’un des premiers entrepreneurs mondiaux(3).

Rentabilité économique oblige, elle se spécialise tout d’abord dans la mise en œuvre de deux types de voiles : les coques à simple courbure (cylindriques, elliptiques, paraboliques,…) et les coupoles hémisphériques (surfaces à double courbure de même sens). Ses directeurs techniques, Franz Dischinger (1887-1963) et Ulrich Finsterwalder (1897-1958) mettent au point les fondements théoriques de leur stabilité, la « théorie des membranes ». Forts de cet atout majeur qui conforte la puissance commerciale de la firme, les deux ingénieurs diffusent mondialement leur technologie innovante, notamment en Europe orientale et aux USA.

En collaboration avec Walter Bauersfeld, directeur technique de la société Zeiss (le célèbre fabriquant de lentilles optiques), la Dywidag réalise en 1923, à Iéna, sa première coupole ; il s’agit d’un prototype d’une portée de 16 m pour une épaisseur de seulement 3 cm.


Prototype de coupole en voile mince Zeiss-Dywidag, Iena, 1923. ©photo d.r.
 

Détail de l’armature métallique triangulée. ©photo d.r.


L’année suivante, toujours en association avec Bauersfeld, le constructeur exécute à Iéna une coupole de 40 m de portée de 6 cm d’épaisseur pour couvrir un atelier de l’entreprise Schott & Genossen, une filiale de Zeiss.


Atelier couvert d’une coupole Zeiss-dywidag, 1924. ©photo d.r.


L’innovation est appliquée en 1926, à Iéna (comme les deux réalisations précédentes d’ailleurs) pour la construction d’un planétarium Zeiss de 25 m de diamètre. La conception du voile sphérique fait rapidement l’objet d’un brevet, connu sous le nom de système Zeiss-Dywidag. Il se rapportant à la configuration de l’armature de la coque, une résille métallique aux mailles triangulaires. La structure va être exportée dans de nombreux pays pour l’édification de planétariums utilisant les matériels de projection novateurs inventés par Zeiss en 1923. Le programme est notamment exécuté lors de l’Exposition Universelle de 1937, à Paris, au sein du Palais de la Découverte. La Dywidag ne poursuit toutefois pas longtemps ses recherches dans le domaines coques sphériques.

Dès 1924, Dischinger et Bauersfeld conçoivent des voiles minces plus économiques, en berceau, qui vont rapidement devenir la principale spécialité de l’entrepreneur allemand, au détriment des coques sphériques. La première application remarquable de l’invention est réalisée en 1928, pour l’édification du marché couvert de Francfort-sur-le-Main où les voiles minces cylindriques sont conçus comme des poutres de quelque 37 m de portée.

La Dywidag exécute dans le monde entier de nombreux ouvrages industriels et utilitaires exploitant cette technologie. Ce faisant Dischinger met au point un mode de conception architecturale inédit par agglomération de volumes : il couvre des plans de préférence rectangulaires en accolant des portions de voiles cylindriques, sphériques voire toriques, à l’instar de ces silo réalisé en Yougoslavie dans les années 30 :


Silo construit par la Dywidag en Yougoslavie, années 30. L’ouvrage est couvert de voiles minces toriques et sphériques. ©photo d.r.
 

Plan et coupe du silo. ©photo d.r.


L’ouvrage est couvert de voiles minces toriques et sphériques.

Dischinger et Finsterwalder mettent au point par la suite des coupoles polygonales qui remplacent avantageusement les coques sphériques. Ils sont construits en accolant des voiles à simple courbure entre lesquels sont placées de puissantes nervures raidisseuses. La Dywidag reprend ici le modèle historique du dôme de la cathédrale florentine Santa Maria del Fiore (1420-1436) de Brunelleschi. Dischinger et Finsterwalder réalisent plusieurs projets exceptionnels sur ce principe, notamment : le marché couvert de Leipzig (1929) dont les deux coupoles octogonales présentent un diamètre de 66 m, celui de Bâle (1929) couvert d’un dôme de 90 m d’ouverture ou encore la halle de Budapest (1932).


Marché couvert de Bâle, 1929. ©photo d.r.
 




Vue intérieure du marché de Leipzig. ©photo d.r.
 

Vue intérieure du marché de Leipzig. ©photo d.r.


Il s’agit alors des couvertures les plus légères du moment couvrant des surfaces au sol aussi importantes. Très élégantes, les coques nervurées reposent sur de fines arches courbes et inclinées, directement inspirées des ouvrages d’art.


Au même moment, les Français apportent aussi une contribution majeure au développement des nouvelles structures en voiles de béton. Les premières coques modernes sont en fait exécutées en France, en 1916-1917, par l’ingénieur Eugène Freyssinet (1879-1962). Sur les bases militaires d’aviation d’Avord et Istres, il réalise des hangars en berceaux nervurés, aux portées record de 40 mètres(4).


Hangars aéronautiques à Istres, 1916, Freyssinet, ingénieur. ©photo d.r.


C’est également Freyssinet qui conçoit les premiers voiles plissés : sur l’aérodrome de Villacoublay, il exécute en 1919 une remise en voûtes d’arêtes de 120 m x 45 m sans point d’appui intérieur, la plus vaste du moment. En 1923, à l’heure où les Allemands réalisent leur première coupole mince de 16 m de portée, Freyssinet construit deux œuvres majeures, les hangars à dirigeables de la base militaire d’Orly. Identiques, les projets constituent une coque monolithe, parabolique et plissée, atteignant 300 m de longueur pour 90 m d’ouverture.


Hangars d’Orly, Freyssinet, ingénieur, 1923. Vues générales. ©photo d.r.
 




Hangar d’Orly, détail du voile plissé, vues intérieures. ©photo d.r.
 




Mise en œuvre des voûtes d’Orly. ©photo d.r.
 



Freyssinet innove également dans le domaine des voiles minces « gauches ». Il s’agit de surfaces à double courbure inverse conférant une rigidité supérieure aux coques ce qui permet la suppression des coûteuses nervures raidisseuses. En 1928-1929, il construit des bâtiments industriels couverts de sheds conoïdes qui atteignent une portée de 60 m pour une épaisseur de 5 cm.


Sheds conoïdes couvrant un atelier de la Compagnie Nationale des Radiateurs, Dammarie-les-Lys, 1929, Freyssinet, ingénieur. ©photo d.r.


Ce type de coque avait fait l’objet d’un brevet d’invention déposé en 1927.Mais, à partir de 1929, Freyssinet abandonne ses recherches sur le béton armé pour se consacrer à la précontrainte. C’est alors le centralien Bernard Laffaille (1900-1955) qui développe ses travaux(5). Il applique ainsi le concept du pli à la réalisation de voiles porteurs verticaux et préfabriqués à partir de 1933-1934.


Hangar aéronautique de Metz, 1933-1934, façades en voiles plissés préfabriqués, vue des façades avant et arrière, Laffaille, ingénieur. ©doc IFA
 



Il construit aussi des coques à la fois gauches et plissées pour les hangars aéronautiques de Châlons-Bouy, Reims et Chartres, en 1932-1933.


Hangar de Reims, 1932, Laffaille, ingénieur (doc. IFA). Vue de la voûte gauche plissée tout juste décoffrée. D’une portée de 60 m pour 5 cm d’épaisseur, elle n’est raidie d’aucune nervure. ©doc IFA


De telles structures permettent d’exécuter des voiles minces particulièrement performants, par leur portée (60 m), leur épaisseur (5 à 6 cm) et leur géométrie (profil extrêmement surbaissé). Elles s’avèrent parfaitement adaptées au programme des hangars d’aviation qui doivent en même temps couvrir de vastes surfaces et présenter des hauteurs réduites afin de dégager au mieux le champ de vision des pilotes.

En concurrence directe avec Laffaille, l’ingénieur des Ponts et Chaussées Fernand Aimond réalise lui aussi plusieurs bâtiments pour l’aéronautique militaire en exploitant la typologie des paraboloïdes hyperboliques en voiles minces de béton armé(6). L’intérêt de cette structure repose non seulement sur ses performances fonctionnelles et économiques mais aussi sur le fait décisif qu’elle peut être aisément modélisable par le calcul mathématique. Comme Laffaille, il reprend le mode de conception des Allemands fondé sur la combinaison raisonnée de portions de coques. Dans les années trente, Aimond exécute sur ce modèle les hangars et ateliers de Limoges-Feytat, Rochefort-Soubise, Châteaudun, Lanvéoc-Poulmic, Cuers-Pierrefeu et Saint-Mandrier.


Hangar pour d’hydravions à Lanvéoc-Poulmic, 1934-1939, Aimond, ingénieur. Vue de la couverture constituée de parapluies identiques juxtaposés. Chaque « parapluie » est composée de seize p.h. ©photo d.r.
 

Abri pour bouteilles à hydrogène, base de Cuers-Pierrefeu, Aimond, ingénieur, 1933 (AA, n°11, 1936). Vue générale, plan et coupe. Les coques sont des p.h. en « selle de cheval ».



 

Garage de l’hydrobase de Saint-Mandrier, 1935, Aimond, ingénieur.. Garage couvert de voiles en p.h. formant coupoles octopartites. ©photo d.r.


Après la Seconde Guerre mondiale, ces structures et leurs modélisations mathématiques vont être reprises dans le monde entier par les architectes et les ingénieurs, tel en particulier pour la conception d’édifices à caractère monumental. En comparaison, les travaux des ingénieurs allemands ont connu une influence moins prégnante sur l’architecture moderne du second XXe siècle. Cela étant, la haute compétitivité de leurs prestations a permis la diffusion internationale de la technologie des voiles et coques, tout comme, trente ans auparavant, le succès commercial planétaire du système Hennebique avait répandu l’emploi du béton armé dans la construction.
En marge des contributions allemandes et françaises, l’historiographie repère, en Europe, trois créateurs de structures en voiles et coques. Par rapport à l’effort collectif d’innovation des deux nations leader dans ce domaine, ils se distinguent par leur activité à la fois remarquable mais relativement isolée eu égard à la production de leurs nations respectives. Il s’agit de l’Espagnol Eduardo Torroja (1899-1961), de l’Italien Pier-Luigi Nervi (1891-1979) et du Suisse Robert Maillart (1872-1940).

A la suite des pionniers allemands et des français, Torroja réalise dans les années trente trois édifices exemplaires qui, peut-être mieux que tout autre, expriment le potentiel technique de résistance et de légèreté des voiles et coques, leur capacité à générer des formes architecturales inédites ainsi que leurs propriétés expressives et esthétiques novatrices. A ce titre, il figure parmi ces concepteurs qui inaugurent une nouvelle représentation du savoir-faire et du statut professionnel de l’ingénieur dans la mesure où ses projets ont été considérés d’emblée comme des œuvres architecturales à caractère artistique.

Dans la lignée des grands inventeurs de structures métalliques du XIXème siècle, Torroja dégage le métier d’ingénieur de sa connotation courante de technicien pour accéder au rang d’artiste, créateur de formes. D’où sa notoriété internationale alors qu’il n’a exécuté qu’un nombre limité d’édifices en comparaison, par exemple, avec Freyssinet. C’est que les travaux de l’ingénieur français relèvent davantage de l’invention et de l’innovation techniques. Or l’une comme l’autre, immédiatement communicables et assimilables par la culture collective contemporaine, connaissent une réception, sinon anonyme, du moins peu personnalisée au regard de la médiatisation dont bénéficie la production d’un artiste. L’œuvre d’art, fruit d’une individualité puissante, originale et unique dont les ressorts créateurs demeurent mystérieux donc non communicables cristallise en revanche une reconnaissance fortement personnalisée à travers le jeu de la médiatisation (publications, expositions…).

Ainsi seulement trois projets majeurs fondent l’aura internationale de l’ingénieur espagnol. La tribune du stade madrilène de la Zarzuela (1935) peut être considérée comme son chef d’œuvre. Torroja construit là une couverture en porte-à-faux à l’aide d’hyperboloïdes de révolution. Jamais projet n’avait exprimé aussi magistralement la légèreté structurelle, au point de mettre à jour une nouvelle esthétique architecturale.


Hippodrome de la Zarzuela, Torroja, ingénieur, 1935. Les tribunes sont couvertes de voiles minces en porte-à-faux en forme d’hyperboloïdes de révolution. ©photo d.r.


La salle de sport des Recoletos, à Madrid (1935), possède la même grâce intrigante. Torroja utilise en façade deux portions de coques cylindriques qu’il juxtapose, l’une sur l’autre, sur leur longueur, créant un équilibre dynamique inédit qui déroute notre perception courante de la stabilité constructive.


Salle de sport des Recoletos, à Madrid (1935), Torroja, ingénieur. Vue intérieure. ©photo d.r.


Enfin, l’ingénieur exécute le marché couvert d’Algésiras (1935) à l’aide d’une coupole sphérique sur plan octogonal. Son profil tendu d’une pureté formelle unique surclasse, sur le plan esthétique, les réalisations antérieures et techniquement similaires exécutées pour Zeiss par la Dywidag.


Marché couvert d’Algésiras, 1935, Torroja, ingénieur. Coupole sur plan polygonal. ©photo d.r.


Comparé à Torroja, le cas de Robert Maillart paraît encore plus symptomatique de la différence de réception qui s’opère au XXe siècle entre la création artistique d’une part et l’innovation technique d’autre part. Il aura suffit à l’ingénieur suisse de concevoir un seul projet remarquable (en voile mince) pour que l’historiographie lui attribue un rôle historique. Il s’agit du pavillon du ciment Portland de l’Exposition nationale de Zurich, réalisé en 1939 en collaboration avec l’architecte Hans Leuzinger.


Pavillon du ciment Portland de l’Exposition nationale de Zurich, 1939, R Maillart, ingénieur et H. Leuzinger, architecte. ©photo d.r.


L’édifice ne vaut pas tant pour ses qualités techniques : à la fin des années trente, il n’apporte rien de neuf au niveau du concept structurel. Son aura tient à sa dimension esthétique qui, à l’instar des réalisations de Torroja, révèle de manière particulièrement expressive les propriétés plastiques des structures en voiles et coques. Il préfigure en cela la production des architectes après la Seconde Guerre mondiale.

Mentionnons enfin la contribution de l’ingénieur-entrepreneur italien Pier-Luigi Nervi se distingue de ses contemporains par ses travaux sur l’épaisseur des coques qu’il parvient à réduire jusqu’aux limites possibles des propriétés physiques du matériau(7). Pour ce faire, il invente un nouveau type de béton armé, le « ferrociment », constitué de plusieurs grillages superposés, aux maillages extrêmement fins, noyés dans du mortier de ciment. Il réalise ainsi des voiles très minces, d’une flexibilité et d’une élasticité exceptionnelles, possédant d’excellentes capacités de résistance. Ses expérimentations donnent lieu, à partir de 1943, à la construction de navires et, en 1946, à la mise en œuvre d’entrepôts et autres pavillons en voiles plissés de 3 cm d’épaisseur.


Pavillon du ferrociment, Nervi, ingénieur, 1945. ©Tullia Lori




1.1.2 Le second XXe siècle : la révolution formelle




Après 1945, les avancées en terme de morphogenèse des voiles se développent selon quatre axes principaux. Dans la continuité des expérimentations de l’entre-deux-guerres, l’ingénieur français Nicolas Esquillan (1902-1989) parvient à modéliser scientifiquement la dernière famille de surfaces simples à double courbure, les coques toriques. Les tores en voile mince avaient pourtant fait l’objet de recherches théoriques de la part de Franz Dischinger, dans les années vingt. Mais l’ingénieur de la Dywidag avait fini par abandonner ses travaux en raison des difficultés rencontrées pour établir leur modélisation scientifique.

C’est donc à Esquillan que revient la contribution historique de la mise au point de la méthode de calcul rigoureuse de cette surface. En 1951, il utilise des voiles toriques de 100 m de portée pour la construction d’un hangar aéronautique sur l’aéroport de Marignane (Auguste Perret, architecte). Il réalise alors les plus vastes voûtes de béton armé du moment.



Hangar aéronautique à Marignane, 1951, Esquillan, ingénieur. Couverture en coques toriques en béton armé moulées au sol puis levées par vérins. ©photo d.r.


 



Poursuivant ses recherches, il emploie une structure similaire pour exécuter le célèbre CNIT à Paris-La Défense, en 1958. Constitué d’une double coque, raidie de tympans internes et d’une portée libre de 220 m, l’ouvrage représente la plus vaste coque en béton armé jamais réalisée. La voûte est exécutée en s’inspirant de la technologie des voiles toriques que Nicolas Esquillan met au point pour le hangar de Marignane (1951).


Le CNIT achevé, Esquillan, ingénieur. Vue aérienne de 1959. ©photo d.r.


Structure de la voûte du CNIT conçue comme une double coque, à portions toriques, stabilisée par des cloisons internes. Détail des coffrages. ©photo d.r.
 

 



Felix Candela (né en 1910), ingénieur espagnol émigré au Mexique, s’inscrit lui aussi dans la culture constructive de l’avant-guerre. Ingénieur et entrepreneur, il s’intéresse surtout aux voiles minces monolithes en paraboloïdes hyperboliques (p.h) mis au point par Laffaille et Aimond. En ce sens, l’importance de son oeuvre réside dans ses recherches esthétiques et non dans le développement technologique de la performance, à l’encontre de la posture d’Esquillan.

Candela est le concepteur qui va révéler le potentiel expressif des coques en p.h.. Pour ce faire, il élabore des surfaces aux courbures beaucoup plus prononcées que celles des années vingt et trente. L’ingénieur opère également un travail particulièrement poussé sur la configuration de leurs rives qu’il profile selon des schémas plus complexes mais jamais gratuits. Comme Torroja, il va être davantage considéré comme un créateur que comme un inventeur au point que, fort injustement, l’historiographie mentionne rarement les architectes qui ont collaboré avec lui pour la mise au point de tous ses projets. Sa première oeuvre médiatisée est le laboratoire d’étude des rayons cosmiques de l’Université de Mexico (1951 ; Jorge Gonzales Reyna, architecte).


Laboratoire d’étude des rayons cosmiques de l’Université de Mexico, 1951, Felix Candela, ingénieur, Jorge Gonzales Reyna, architecte. ©photo d.r.


Le petit bâtiment s’inspire directement des découvertes de Freyssinet et Laffaille : couvertures en ph de béton armé, tympans en voiles plissés verticaux. Monté sur d’élégants pilotis en portiques incurvés, le pavillon revêt une plasticité formelle digne d’une architecture à la fois novatrice et d’une qualité artistique remarquable. Par la suite, Candela s’illustre par la conception de nombreuses églises.

Toutefois, l’une de ses oeuvres les plus célèbres est le restaurant Los Manantiales à Xochimilco, un quartier de Mexico (1958 ; J. Alvarez Ordonez, architecte). Fine coque monolithe aux résonances florales, la structure épanouit le jeu de ses courbes avec une sensualité qui masque la virtuosité technique de sa conception(1).


Le restaurant Los Manantiales à Xochimilco, Mexico, 1958, Candela, ingénieur, J. Alvarez Ordoñez, architecte. Vue extérieure. ©photo d.r.
 

Le restaurant Los Manantiales à Xochimilco, Mexico, 1958, Candela, ingénieur, J. Alvarez Ordoñez, architecte. Vue intérieure. ©photo d.r.
 

Le restaurant Los Manantiales à Xochimilco, Mexico, 1958, Candela, ingénieur, J. Alvarez Ordoñez, architecte. Dessin montrant la géométrie de la surface constituée d’une association complexe de surface en p.h. ©photo d.r.


En rupture avec les exemples précédents, la période postérieure à 1945 voit émerger de nouvelles morphologies de voiles qui échappent au répertoire strict des configurations géométriques mises au point par les ingénieurs de l’entre-deux-guerres. Ces derniers avaient étudié des surfaces de translation et de rotation, engendrées par des directrices et génératrices rectilignes ou à simple courbure.

Les expérimentations qui apparaissent après la guerre se libèrent de ces méthodes de conception pour créer ce qu’on appelle désormais des « formes libres » inédites qui, toutefois, correspondent toujours à des surfaces structurelles, dont la stabilité repose sur le concept technique de « résistance de forme ». La première catégorie de voiles aux formes libres se caractérise par l’étude de surfaces de translation ou de rotation dont les directrices et génératrices présentent désormais des profils plus complexes. En France, Bernard Laffaille et René Sarger ouvrent la voie dans ce domaine avec le marché couvert de Royan (1954-1956) : coque mince monolithe obtenue par la rotation d’une parabole convexe dont le point bas suit une directrice sinusoïdale circulaire.


Géométrie du marché de Royan. ©photo d.r.
 

Vue aérienne du marché de Royan en chantier. ©photo d.r.



Marché couvert de Royan, 1954-1956. ©doc IFA
 

Vue du coffrage et de la voûte achevée. ©photo d.r.


Parallèlement à ces expérimentations, d’autres concepteurs s’attachent à découvrir des morphologies novatrices de voiles dont la performance ne relève pas de leur portée mais de l’économie maximale de matière employée. Cette piste est notamment explorée par l’Allemand Frei Otto (né en 1925), le Français Robert Le Ricolais (1894-1977) et le Suisse Heinz Isler (né en 1926). Les trois concepteurs abandonnent l’usage abstrait de la géométrie pour élaborer des « modèles physiques expérimentaux ». Ils mettent au point les « surfaces minimales », utilisant le minimum de matière en fonction de la configuration de leurs rives. Théorisées au XIXe siècle par le mathématicien Euler, ces surfaces présentent nécessairement une double courbure inverse. Pour analyser leurs morphologies, Frei Otto, Le Ricolais et Isler ont observé la géométrie qu’épousent des bulles de savons enserrées dans des cadres aux profils divers.


Surface minimale réalisée par Frei Otto avec un film de savon. ©photo d.r.


D’autres « modèles physiques » ont été employées telles :
 des membranes élastiques,


Modèles physiques expérimentés par Frei Otto pour la définition d’une forme libre tendue à partir d’une membrane élastique déformée. ©photo d.r.


 des dispositifs gonflables, des matériaux emboutis ou extrudés, ou encore des toiles suspendues, qui sont déformées puis figées et enfin inversées.


Modèle physique expérimental en toile suspendu par Heinz Isler. ©photo d.r.


Le profil des toiles tendues est travaillé à volonté en leur accrochant des charges ponctuelles (des poids) aux emplacements appropriés en fonction de critères fonctionnels et plastiques. Les voiles ainsi modelés offrent le double avantage d’épouser des configurations inédites tout en ne résistant qu’à une seule famille de contraintes, les tractions. La nature même de la toile, molle, garantit en effet l’absence de toute autre force, en particulier des compressions, puisque la surface textile ne peut absorber que des efforts de tension pour stabiliser sa forme. Une fois figées et retournées, les résilles génèrent alors nécessairement des coques minces soumises uniquement à des contraintes de compression. Frei Otto et Heinz Isler ont beaucoup travaillé à la mise au point de ces méthodes avant que l’ordinateur ne les rendent obsolètes.



1.2 La contribution des architectes





Si, incontestablement, les ingénieurs maîtrisent la technique de conception et de mise en œuvre des voiles structurels, les architectes vont à partir des années 1940 étendre ces avancées à l’invention de nouvelles morphologies « libres ». S’appropriant l’innovation constructive dans un but esthétique et plastique, ils vont adapter la technologie novatrice à des programmes de plus en plus complexes dans le domaine des édifices urbains. Ces ouvrages, contrairement aux bâtiments industriels, sont soumis à une organisation interne complexe et doivent revêtir une dimension symbolique éloquente, adaptée à leur fonction.

Le mouvement est lancé par le Brésilien Oscar Niemeyer lors de la construction de la chapelle Saint-François d’Assise à Pampulha, au Brésil (1941-1943).


Chapelle Saint-François d’Assise, Pampulha (Brésil), 1941-1943, Niemeyer, architecte et Cardozo, ingénieur. ©photo d.r.


Exemple pionnier de l’exploitation artistique de la technique des coques, le projet initie le mouvement d’avant-garde des formes libres qui n’utilise plus le répertoire des surfaces géométriques simples mises en œuvre par les ingénieurs dans l’entre-deux-guerres.

Rationnel, fonctionnel mais aussi lyrique et sculptural, l’esprit du projet de Niemeyer va être très vite imité dans le monde entier. Parmi les chefs-d’œuvre du moment conçus dans cette veine, figurent notamment les célèbres aérogares élaborées aux Etats-Unis par Eero Saarinen.


Terminal de la TWA, aéroport de New-York Idlewild, E Saarinen, architecte et Amman & Whitney, ingénieurs, 1962. ©photo d.r.
 

Terminal de la TWA, aéroport de New-York Idlewild. Vue de l’espace intérieur. ©photo d.r.


1.4. Une technologie aujourd’hui caduque ?
A partir des années 60, la technique des voiles en béton armé commence à être délaissée puis finalement abandonnée au tournant des années 80. Pourquoi ? A cause de leur coût de mise en oeuvre devenu trop élevé mais aussi en raison de l’évolution de la réglementation qui rend obsolète la construction en coques, en particulier sur le plan de la sécurité. Mais la principale explication semble être leurs limites fonctionnelles face aux performances offertes par de nouveaux types de structures, notamment les charpentes métalliques tridimensionnelles.

La nécessité de placer sous la toiture divers réseaux et canalisations, l’impossibilité de suspendre à un voile mince des charges importantes paraissent constituer des arguments décisifs en faveur de leur abandon pour des ossatures plus économiques car produites industriellement, qui résistent aux charges suspendues ponctuelles. De surcroît, les ossatures tridimensionnelles présentent une configuration à la fois épaisse mais largement ajourée ; elles peuvent donc accueillir le nombre croissant d’éléments techniques qui, relevant du second oeuvre ou de dispositifs fonctionnels, améliorent la qualité d’usage des ouvrages.

Aujourd’hui, le regain d’intérêt suscité par les configurations architecturales dites « non standard » pourrait relancer la construction en voiles et coques. La mise au point de nouveaux bétons extrêmement performants joue en faveur d’une telle « résurrection ». Toutefois les problèmes soulevés par le coût et l’exécution de telles surfaces demeure encore à résoudre.


1.3 TRAMES ET DALLES




Le principe de l’ossature tramée s’inspire directement de la construction traditionnelle en bois, en maçonnerie ou en métal, à savoir : un squelette de poteaux et de poutres assemblés orthogonalement. Appliquée au béton armé, le concept de la trame a d’abord été reproduit fidèlement.


Deux trames traditionnelles en béton armé, procédé Hennebique. ©doc IFA
 



Puis il a connu une évolution considérable en raison de la capacité du matériau à générer des structures monolithiques. Ainsi, les propriétés du matériau ont conduit à l’invention d’ossatures en poteaux et dalles (tabouret) ou de constructions entièrement constituées de voiles plans (étagère). En outre, la trame peut être « pleine » lorsqu’elle contient des poteaux dans le volume bâti ou bien « vide » : dans ce cas, les piles porteuses sont placées à la périphérie des planchers afin de libérer les espaces internes de tout obstacle nuisible à l’usage de l’édifice. La trame, enfin, est susceptible d’épouser d’autres configurations que celle, courante, du parallélépipède régulier. Certaines voient les piliers traditionnels remplacés par différents dispositifs inspirés des ouvrages d’art, tel le portique ou l’arche.


1.3.1 L’époque « moderne »





 

Projets de moulins par Hennebique (1893-1895) conjuguant structures en poteaux-poutres -ossature principale- et voiles continus -silos. ©doc IFA


La majorité des brevets du XIXe siècle envisagent implicitement leurs « systèmes » comme générateurs d’ossatures à poteaux et poutres. Mais dès l’origine, la trame pleine a la capacité d’intégrer d’autres types de structures, en particulier des éléments en voiles continus. Les projets utilitaires élaborés par le bureau d’études Hennebique (moulins, minoteries, raffineries de sucre et autres programmes industriels) en fournissent une illustration particulièrement probante.

Entre 1900 et 1940, l’ossature tramée est développée par les architectes de diverses manières. Dans la continuité des expérimentations du XIXe siècle, le système poteaux-poutres configure une trame prismatique pleine (cas le plus courant) ou bien vide, à l’instar du concept emblématique de la maison « Dom-Ino » imaginé en 1914 par Le Corbusier.

Toutefois, ingénieurs et architectes ne tardent pas à faire évoluer le principe initial de l’ossature tramée. Dans le domaine des couverture notamment : en 1912, Max Berg conçoit sa célèbre Halle du Centenaire, à Breslau, en réalisant une trame circulaire déclinant plusieurs types de système porteurs : piles obliques, verticales ou encore structures en arches gauches. L’ouvrage représente alors la plus vaste voûte en béton armé.


Halle du Centenaire à Breslau, 1912, Max Berg, architecte, Dywidag, entrepreneur. Vue intérieure. ©photo d.r.
 

Halle du Centenaire à Breslau, 1912, Max Berg, architecte, Dywidag, entrepreneur. Détail de la structure. ©photo d.r.


Quant aux éléments horizontaux de stabilisation, il s’agit principalement de voiles plans. De la même manière, Auguste Perret (1874-1954) a su détourner avec brio le principe de la trame pure. A de rares exceptions près (comme l’église du Raincy, 1923, et autres bâtiments couverts de coques), il affirme la primauté du système constructif en poteaux-poutres qui constitue l’essence même du projet architectural et qu’il souligne visuellement. Tout autre dispositif structurel, même l’ossature courbe, est subordonnée à la loi ordonnatrice de la trame orthogonale(1). Cela ne l’empêche cependant pas de jouer avec les différentes typologies structurelles.

A ce titre, le théâtre des Champs-Elysées (1911-1913) représente un chef d’œuvre technique et esthétique. Telle une cage, la trame de béton armé soumet à son rythme le dispositif des arches faîtières soutenant les espaces supérieurs de l’édifice, tout comme elle englobe les voiles courbes utilisés pour les balcons suspendus de la grande salle et sa couverture. Afin de résoudre une difficulté fonctionnelle similaire - comme c’est le cas notamment pour les ateliers Esders (1919) -, Perret reprend la même recette : réalisation d’une trame d’enveloppe en employant le dispositif de l’arche porteuse pour soutenir les niveaux périphériques horizontaux. S’il exploite dans ses premiers édifices les voiles de béton armé, l’architecte en abandonne l’usage progressivement pour ne conserver que la trame structurelle orthogonale en béton apparent, comprise à la fois comme un système technique et une rhétorique esthétique.

Le musée des Travaux Publics (1936-1946) correspond à sa première oeuvre majeure où il commence à expérimenter cette philosophie. Il y développe un jeu subtil entre deux échelles de trames emboîtées : celle, principale, constituant l’enveloppe unitaire de l’édifice, un ordre colossal - « l’abri souverain » ou le « portique » - qui supporte la toiture et l’autre, interne - le « châssis » -, étayant les étages tout en définissant les différents espaces et leurs usages. L’emploi radical des systèmes à poteaux-poutres orthogonaux répond au souci rationaliste de Perret de dissocier les éléments structuraux et les pièces de remplissage tout en détachant la couverture et les parois à l’instar du modèle du temple classique qui illustre alors sa principale référence architecturale. C’est sur ce modèle que les projets de la reconstruction de la Ville du Havre sont d’ailleurs élaborés par l’Atelier Perret.

D’autres conceptions de la trame sont mises au point dès le début du XXe siècle. L’un des plus marquante est mise au point en 1902 par Robert Maillart qui invente les « planchers-champignons ». Ils substituent aux anciennes ossatures à poutres et hourdis une simple dalle continue qui intègre dans sa masse les sommets des piles porteuses auxquelles elle se trouve reliée de sorte à réaliser un ensemble monolithe d’une grande résistance et donc particulièrement adapté aux programmes industriels.

Cette innovation sera reprise dans le monde entier. La trame en poteaux et dalles prend souvent l’appellation de « tabouret » ou de « table ». Elle peut être employée pour un édifice à plusieurs étages par superposition des « tabourets », à l’instar des laboratoires pharmaceutiques Boots, édifiés en 1930-1932 par Owen Williams à Beeston, en Grande-Bretagne.


Laboratoires pharmaceutiques Boots, à Beeston, en Grande-Bretagne, 1930-1932, Owen Williams, architecte. La structure superpose trois étages de planchers-champignons dont les façades libres sont enveloppées d’un mur-rideau entièrement vitré. ©photo d.r.


Une autre façon d’exploiter le potentiel esthétique et fonctionnel de la construction en poteaux-dalles revient à l’utiliser comme un « portique » auquel sont suspendus les différents niveaux internes du bâtiment. En 1907, Edmond Coignet construit selon ce schéma hardi la salle Gaveau, à Paris, en collaboration avec l’architecte Jacques Hermant. Dans la même veine, Eugène Freyssinet élabore des hangars d’aviation à Chartres (1924) et Villacoublay (1928) qui reprennent une ossature imitée des ponts à tabliers suspendus. L’ingénieur emploie pour ce faire des arcs en bow-string qui soutiennent par de fins câbles la couverture suspendue constituée de coques cylindriques.


Maison de François Coignet à Saint-Denis réalisée en béton aggloméré renforcé de barres métalliques, 1852. ©photo d.r.


Après la Seconde Guerre mondiale, l’industrialisation du bâtiment sous la houlette de l’Etat conduit ingénieurs et entrepreneurs à l’exécution d’ossatures où les poteaux et poutres antérieures sont remplacés par des voiles plans préfabriqués puis assemblés à pied d’œuvre. Rompant avec le principe « moderne » de la fluidité spatiale, les panneaux de façades assument un rôle porteur à l’instar des voiles internes de refend. Ce principe est celui de la préfabrication lourde qui domine en France durant les Trente Glorieuses, tout au moins dans le domaine du logement collectif.


Logements collectifs réalisés par préfabrication lourde, Coignet entrepreneur, ca 1958. ©Coignet


Comme au XIXe siècle, le concept s’appuie sur l’invention brevetée de « systèmes » spécifiques mis au point par les entreprises, tel Coignet, Balency & Schuhl, Boussiron ainsi que d’importants bureaux d’études, notamment l’Omnium Technique de l’Habitation (OTH) et quelques ingénieurs, devenus entrepreneurs comme Raymond Camus, ou exerçant en libéral tel Jean Barets.


Mise en œuvre d’un édifice à l’aide du procédé de préfabrication lourde « Camus », ca 1955. ©photo d.r.
 




 



Ce schéma constructif connaît quelques exceptions notables. Dans le domaine du logement collectif, l’Unité d’habitation (1946-1952) de Le Corbusier à Marseille reprend le système tramé plein en poteaux-poutres de béton armé. Son deuxième programme similaire, à Rezé-les-Nantes (1952-1957), procède d’une autre logique de l’ossature.

Pour des raisons économiques, techniques et fonctionnelles (isolation phonique et thermique), la structure procède aussi du système tramé mais il se distingue de l’exemple marseillais par l’emploi de voiles porteurs, tant horizontaux que verticaux, tel un casier à bouteilles.

Par la suite, Le Corbusier reprend souvent des principes structurels similaires, quoique plus complexes puisqu’ils hybrident l’emploi des voiles et des poteaux comme éléments porteurs, à l’instar du Parlement de Chandigarh (1950-1965), au Punjab, en Inde, ainsi que dans quelques villas qu’il réalise alors dans les environs.


1.4 L’ère contemporaine





Kunsthall à Rotterdam, 1993, Rem Koolhass, architecte et Cecil Balmond, ingénieur. Vue extérieure. ©N. Nogue



Vue du rez-de-chaussée où l’on aperçoit les piliers inclinés. ©N. Nogue


Les ossatures en béton armé contemporaines innovent en développant le système de la trame selon deux axes distincts qui partagent toutefois l’idée commune de la structure « non-standard » : celle-ci n’emploie plus d’éléments constructifs identiques mais utilise des modules différents pour générer une configuration non répétitive. Ainsi la Kunsthall à Rotterdam, réalisée en 1993 par l’architecte Rem Koolhass (né en 1944) et l’ingénieur Cecil Balmond met en oeuvre une ossature dont les planchers sont obliques, tout comme les piles porteuses d’ailleurs qui, de surcroît, ne sont plus placées les unes sous les autres mais, comme aléatoirement, à des endroits différents d’un étage à l’autre(2).


Salle de conférence. Vue extérieure du plancher oblique. ©N. Nogue
 

Salle de conférence. Vvue intérieure du volume avec ses piles non orthogonales. ©N. Nogue


Koolhaas et Balmond ont développé ce concept pour un projet de bibliothèque (non réalisé), élaboré à l’occasion d’un concours international lancé en 1993 par l’Université parisienne de Jussieu. Dans la proposition de Koolhaas, la trame traditionnelle se trouve disloquée. Si les piles gardent encore leur position traditionnelle, c’est-à-dire en enfilade verticale, les planchers en revanche sont pensés comme une dalle continue qui s’élève du rez-de-chaussée au dernier étage de l’édifice, d’où sa morphologie plissée, déchiquetée même, et sa géométrie chaotique combinant des plans horizontaux et obliques inhabituels. L’architecte souligne (3) :
« All the planes are connected by a single trajectory, a wraped interior boulevard that exposes and relates all programmatic elements. The visitor becomes a beaudelairean flâneur. »

L’innovation de Koolhaas et Balmond s’inscrit dans une filiation historique de réalisations aisément repérables. La trame à planchers inclinés continus se retrouve en effet déjà dans l’une des icônes du Mouvement Moderne : l’usine Fiat du Lingotto à Turin, construite en 1924-1926 par l’ingénieur Giacomo Mattè Trucco.


Usine Fiat du Lingotto à Turin, 1924-1926, Giacomo Mattè Trucco, ingénieur. Les planchers s’élèvent en ellipse pour devenir plafond. ©photo d.r.


S’en inspirant, Le Corbusier a réalisé la villa Savoye (1929-1931) sur le thème de la « promenade architecturale » que favorise la présence de rampes obliques permettant de cheminer du rez-de-chaussée de l’édifice à son sommet, aménagé en terrasse et solarium. Puis Frank Lloyd Wright (1868-1959) reprend le même thème pour concevoir les espaces du musée Guggenheim de New-York (1955). Oscar Niemeyer (1907-2007) a développé le même principe en lui donnant une fluidité et une sensualité exceptionnelle, notamment pour son projet de Palais de l’Industrie (1951-1954) à Sao Paulo.

Quant à l’emploi de piliers obliques, Viollet-le-Duc le préconise déjà au XIXe siècle. Par la suite, Gaudi exploite cette configuration, en particulier au parc Güell à Barcelone. Mais c’est surtout Pier-Luigi Nervi qui lui donne l’expression la plus aboutie grâce à l’emploi du béton armé. Iil met au point ses premières piles inclinées en 1940 pour des hangars d’aviation à Orvieto (1935) et Ortobello. (1939-1942)


Hangar d’aviation à Ortobello. (1939-1942), Nervi, ingénieur. ©photo d.r.


Leurs profils élégants résultent de la nature des charges à supporter mais ils illustrent également d’emblée l’incontestable talent de plasticien de l’ingénieur italien. Nervi les emploie après la Seconde Guerre mondiale dans de nombreux projets où il renouvelle constamment leurs formes.

C’est au petit Palais des sports de Rome (1960) que ses recherches trouvent leur accomplissement avec la conception des béquilles périphériques en Y soutenant la coupole du bâtiment et, surtout, les piles internes auxquelles il confère une géométrie complexe, particulièrement dynamique.


Petit palais des sports de Rome, 1960. Vue des béquilles extérieures. ©S. Chardonnet



Petit palais des sports de Rome, 1960. Vue des béquilles intérieures soutenant les gradins. ©photo d.r.


Les dispositifs novateurs proposés par Koolhaas et Balmond peuvent donc être interprétés comme la synthèse créatrice de deux procédés constructifs « modernes » qu’ils développent au point d’en faire un nouveau concept contemporain.

En marge de leurs travaux, une autre innovation structurelle marquante a récemment émergé dans le domaine des ossatures tramées. Elle reprend l’idée initiale du système « Dom-Ino » de Le Corbusier, système qui consiste à placer à la périphérie des planchers tous les poteaux porteurs afin d’obtenir des plateaux entièrement « libres ». Aujourd’hui, l’idée est retravaillée de façon à remplacer l’enfilade verticale et discontinue des poteaux par une ossature porteuse continue et verticale, placée en façade.

La trame structurelle extérieure est conçue selon deux configurations divergentes : soit comme une grille régulière (orthogonale ou non), soit au contraire comme un treillis chaotique engendré par (au moins) deux nappes croisées de poutres obliques. Cette dernière solution a livré des oeuvres étonnantes, à savoir(4) : l’immeuble Tod’s de Toyo Ito à Tokyo, l’ensemble de logements et bureaux Towered Flats de Tomoyuki Utsumi et Milligram Studio édifié aussi à Tokyo ou encore le Centre chorégraphique national d’Aix-en-Provence de Rudy Ricciotti.


Centre chorégraphique national, Aix-en-Provence, 2006, Rudy Ricciotti architecte. Vues de la trame porteuse à la configuration non standard. ©S. Chardonnet




Les autres types de trames externes, à mailles régulières, s’avèrent également novatrices, même si elles s’inscrivent, il est brai, dans une tradition constructive « moderne » qu’elles rénovent. Elles se caractérisent par la perfection de leur finition et la qualité esthétique remarquable des bétons employés. Parmi les nombreux projets réalisés et médiatisés, citons par exemple le Centre sportif Lindner (2006) de Bernard Tschumi, construit sur le campus de l’Université de Cincinnati (Ohio, USA). Le bâtiment se distingue par sa volumétrie générale, courbe et la conception d’une trame sur pilotis dont les mailles régulières échappent au répertoire des grilles orthogonales pour définir un treillis triangulé.



1.5 LES RESILLES





Outre les couvertures en voiles et les ossatures tramées, un troisième genre dispositif structurel a vu le jour au XXe siècle : celui de la résille (dont le modèle est issu de la construction en bois, métal et pierre ). Elle est notamment mise au point techniquement par Paul Cottancin dans ses brevets de la fin du XIXe siècle.


Planches du brevet déposé par Paul Cottancin en 1897 relatif à la réalisation de « couvertures Cottancin » en voiles nervurés. ©photo d.r.
 



 



L’architecte Anatole de Baudot a appliqué les idées de l’ingénieur à la construction de l’église Saint-Jean-de-Montmartre et pour concevoir des projets utopiques qui emploient des résilles et voiles nervurés comme couvertures.


Étude pour « un grand espace éclairé par le haut », de Baudot, architecte, 1914. Dessin du volume intérieur et dessin de la résille projetée sur le plan. ©photo d.r.
 



Le concept est ensuite repris par les disciples de l’architecte rationaliste, en particulier E. Chaine, J. Périllard, P. Genuys ou encore P. Vorin. En 1911, ce dernier emploie ainsi une résille de béton armé pour la couverture d’un remarquable projet de hangar pour dirigeables (non réalisé).


Projet de hangar pour dirigeables, Vorin, architecte, 1911. ©photo d.r.


Un autre type de résille a été mis au point au début du XXe siècle. Il s’agit des structures en « béton translucide », constituées comme un voile ajouré. Elle est exécutée en enrobant de béton un simple maillage métallique. Entre les nappes de la résille rigide ainsi obtenue sont intercalés des pavés de verre.. Devenue la spécialité de quelques entrepreneurs, notamment les établissements Dindeleux, cette structure a été couramment employée jusque dans les années 1960.


Lycée Camille-Sée (1912-1918), Paris, François Le Cœur, architecte. Le hall d’entrée vers 1914, couvert d’une résille en béton translucide. ©photo d.r.


Mais c’est sans conteste Pier-Luigi Nervi qui, au XXe siècle, se place à la pointe de l’innovation dans cette spécialité de l’art de bâtir. Il initie ses recherches pour la construction de hangars aéronautiques dans les années trente. Il met alors au point un système de résille exécutée à partir d’éléments préfabriqués. Par souci d’économie, les deux nappes engendrant le maillage suivent les lignes surfaciques les plus courtes de la toiture, c’est-à-dire un profil géodésique.


Hangar aéronautique, années 1930, Nervi, ingénieur. ©photo d.r.


Après la Seconde Guerre mondiale, l’ingénieur-entrepreneur italien développe ses travaux vers la conception de nouvelles résilles, non géodésiques, réalisées à l’aide d’un matériau de son invention, le « ferro-ciment ». Il demeure toutefois attaché à la préfabrication des modules constructifs. Il les modèle de sorte qu’une fois assemblés, ils engendrent une structure particulièrement expressive. Dans la lignée de la pensée rationaliste de Viollet-le-Duc et d’Anatole de Baudot mais inspirés également par la culture constructive italienne ,les édifices de Nervi respectent le principe de la vérité constructive, de la lisibilité du schéma structurel dictant sa configuration à l’ouvrage. L’ingénieur a su par ailleurs illustrer avec brio un autre axiome rationaliste fondamental : celui de l’osmose entre l’ossature et l’ornementation. Au Palais de Turin (1947-1949), la voûte résillée dessine une fascinante ossature zoomorphe.


Palais de Turin, 1947-1949, Nervi, ingénieur (photo d.r.).Vues intérieures avec la voûte maillée. ©photo d.r.




Palais de Turin. Détail de la voûte. ©photo d.r.


Palais de Turin. Vue des éléments préfabriqués constituant la voûte. ©photo d.r.


Au petit Palais des sports de Rome (1956-1957 ; Annibale Vinellozzi, architecte), Nervi élabore une immense rosace aux nervures harmonieusement entrelacées.


Palais des sports de Rome. Vue de la voûte en résille. ©Sabine Darmaillacq Chardonnet


Aujourd’hui, l’héritage de Nervi se retrouve par exemple dans l’œuvre de l’architecte-ingénieur Santiago Calatrava Vals qui conçoit pour ses projets des résilles d’une remarquable plasticité, comme à la gare TGV de Lyon-Saint-Exupéry (1993).


Gare TGV de Lyon-Saint-Exupéry, 1993, Santiago Calatrava, architecte. Vues de la résille couvrant les voies ferrées. ©N. Nogue
 




 





1.6 TYPOLOGIES HYBRIDES





L’ingénierie de la période « moderne » présente cette spécificité qu’elle a le plus souvent cherché à n’employer qu’un seul type de matériau (ossatures entièrement métalliques ou réalisées seulement à partir du béton armé …) voire qu’un seul type de structure associée à un unique matériau, à l’instar des hangars d’Orly de Freyssinet qui ne sont élaborés qu’à l’aide de voiles de béton armé. Le modèle iconique du « tout-béton » connaît cependant, dès l’époque « moderne », de célèbres exceptions qui préfigurent la période contemporaine.


1.6.1 Au-delà du « tout-béton »




Ainsi Le Corbusier édifie-t-il en 1930-1932 le pavillon suisse de la Cité Universitaire de Paris en juxtaposant une ossature porteuse à pilotis en béton armé et une superstructure métallique, reniant avec jubilation l’héritage rationaliste puisqu’il utilise différents types de parements bruts, en particulier le pierre de meulière, masquant la trame d’acier.

L’une des manifestations majeures de l’hybridation du béton armé avec un autre matériau structurel réside dans l’évolution qu’a connu la construction des gratte-ciel. D’abord entièrement métalliques, leurs structures vont être exécutées à l’aide de deux ossatures disjointes. Le coût des hautes constructions métalliques et le développement des espaces de travail totalement « ouverts », sans poteaux internes, a en effet modifié la donne.

Le nouveau principe statique, similaire à celui inventé par Fritz Leonhardt à Stuttgart, comprend un « tube creux » porteur en béton armé, intégrant notamment les ascenseurs, principaux réseaux et autres canalisations. Il est édifié au centre de l’édifice tandis qu’un treillis métallique porteur consolide la tour se comportant comme une console rigide face aux efforts dus aux vents. Les planchers, souvent en béton armé, relient le noyau à la périphérie faisant de la structure une immense structure tridimensionnelle. Le projet qui a diffusé ce modèle constructif est conçu par l’ingénieur Fahzur R Kahn de l’agence Skidmore, Owings & Merrill dans les années 1960.

La majeure partie des tours réalisées à La Défense à Paris ou encore celle de Montparnasse imitent le même schéma d’ossature qui permet l’emploi de murs rideaux et la réalisation d’enveloppes continues d’une facture parfaite.

Ce schéma se trouve aujourd’hui totalement remis en question. Plusieurs architectes conçoivent désormais des tours à façades structurelles, sans noyau central. Les enveloppes porteuses reprennent le plus souvent le modèle de la résille, au maillage non standard. C’est le cas par exemple de l’ouvrage actuellement élaboré à la Défense par l’architecte Jacques Ferrier, la tour « hypergreen ». de quelque 250 m de hauteur(1). La résille de contreventement, à laquelle sont fixés les planchers, est réalisée en béton UHP post-contraint.


Tour « hypergreen », Jacques Ferrier, architecte, projet 2008, vue de la résille d’enveloppe en éléments préfabriqués de configuration non standard. ©Lafarge




1.6.2 Hybridations structurelles




Le phénomène d’hybridation ne concerne pas seulement l’emploi des matériaux mais aussi le concept des structures. Le chapitre précédent les classe en trois groupes - voiles, trames et résilles – présentés dans des chapitres distincts. Pour autant, ces modèles constructifs se fondent sur des principes technologiques fondamentaux qui peuvent dialoguer entre eux et même s’hybrider pour opérer une synthèse qui révèle les limites de la sémantique discursive au regard de la complexité du réel. Ainsi Dischinger, Nervi et Torroja ont brillamment montré dans leurs projets la parenté technique liant voiles et résilles.


Salle de sport des Recoletos, 1935, Torroja, ingénieur, Dywidag, constructeur. La parenté entre voiles et résilles est ici illustrée par le jeu structurel des deux concepts constructifs qui forment la continuité de l’enveloppe de l’édifice. ©photo d.r.


La nature continue des premiers et discontinue des secondes ne constitue pas une distinction technologique fondamentale au regard de ce qui les unit en tant que structures, à savoir leur configuration surfacique à courbure(s). La preuve en est que le calcul des voiles de béton est opéré en découpant leur surface selon un maillage vectoriel, c’est-à-dire une résille virtuelle. A partir du moment où une résille surfacique courbe présente un maillage suffisamment fin, sa modélisation mathématique s’identifie à celle d’un voile. C’est d’autant plus légitime que, a contrario, les coques de béton possèdent une armature interne formant une résille de tiges métalliques. A ce titre, le brevet du célèbre procédé Zeiss-Dywidag décrivant la construction de voiles minces cylindriques et hémisphériques porte simplement sur la conception et le montage de l’armature métallique triangulée qui est ensuite enrobée par une fine pellicule de béton projeté.


Armatures métalliques triangulées du système Zeiss-Dywidag pour la construction de voiles minces de béton armé. ©photo d.r.


On comprend dès lors que Dischinger, Nervi et Torroja élaborent des projets qui combinent voiles et résilles. Ceux-là servent de couverture, celles-ci d’ouvertures pour l’éclairage intérieur.

De même, le distingo sémantique entre trames et résilles trouve rapidement ses limites. On a considéré ici que les trames correspondent aux superstructures porteuses, parallélépipédiques tandis que les résilles sont décrites comme des systèmes de couverture et d’enveloppe tridimensionnelles. On a montré qu’il est possible d’envisager l’évolution des trames modernes comme un travail sur les poteaux porteurs. D’une part, ils sont progressivement rejetés à la périphérie puis à l’extérieur du volume couvert, en façade ; d’autre part, ils abandonnent leur juxtaposition spatiale verticale pour suivre des profils obliques selon au moins deux nappes sécantes qui, dès lors, enveloppent, voire couvrent, l’édifice… à l’instar d’une résille.

Ces correspondances structurelles proviennent de la nature même du matériau qui est lui-même un hybride. Soit l’imaginaire constructif des ingénieurs l’emploie en privilégiant sa composante béton, c’est-à-dire sa capacité à générer des structures monolithes. Ils convoquent alors le modèle traditionnel de la construction en pierre de taille ou celui, moderne, de l’enveloppe textile. Soit la culture technique des constructeurs lui préfère sa composante métal qui mène à la conception de systèmes d’ossatures, donc discontinus et assemblés. Ils se réfèrent alors à l’art de bâtir ancestral du charpentier qui trouve une illustration moderne dans les treillis en hyperboloïdes de révolution de l’ingénieur russe Vladimir Chouchov ainsi que les mailles prétendues, à la manière de Frei Otto ou René Sarger

Dans les deux cas, le béton armé apporte une dimension nouvelle eu égard aux schémas constructifs antérieurs : celle de l’organisation spatiale de la matière configurant des structures tridimensionnelles et non plus planes.















CréditsQuitter


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3 Configurations géométriques - Voiles et dalles
4 Configurations géométriques - Voûtes et coques


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6 Normalisation européenne sur le béton


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