Mission accomplie : cette année, la tour Lakhta Center, plus haut gratte-ciel d’Europe, a remporté le prestigieux prix d’architecture Emporis Award.

Si concevoir des gratte-ciels revient à demander « l’impossible » aux ingénieurs, il a fallu faire preuve d’une grande créativité pour venir à bout de défis architecturaux et environnementaux colossaux lors de la construction de la tour russe Lakhta Center. Cette année, le centre Lakhta s’est vu décerner le prestigieux prix d’architecture Emporis Award 2019 qui récompense chaque année les gratte-ciels du monde entier sur la base de critères esthétiques et fonctionnels. Culminant à 462 m au-dessus du golfe de Finlande, le centre Lakhta est le plus haut bâtiment d’Europe et le plus grand gratte-ciel septentrional du monde.

C’est l’entreprise moscovite de conception Gorproject qui a réalisé le complexe polyvalent de 40 000 m² surplombant les rives de la Baltique à Saint-Pétersbourg. La tour abritera le siège social du géant russe de l’énergie Gazprom. Au cours des quinze dernières années, Sergeï Lakhman, président-directeur général de Gorproject, docteur, et ingénieur reconnu par le ministère russe pour la qualité de son travail, a développé son entreprise de conception et d’ingénierie en se spécialisant dans la conception de hauts bâtiments.

Sergeï Lakhman considère le Lakhta Center comme « l’objet le plus complexe du portefeuille de Gorproject ». Construit pour résister à certaines des conditions climatiques les plus extrêmes d’Europe tout en dépassant les exigences rigoureuses de la Russie en matière d’énergie et de sécurité (et en décrochant la certification LEED Platine), ce géant vertical où siègera un nouveau centre économique durable représente un exploit technique audacieux. Voici cinq des défis de conception et d’ingénierie les plus impressionnants que l’équipe de Gorproject a dû relever.

1. Créer une architecture emblématique

Afin que la structure d’aucun de ses 89 niveaux ne se répète, la forme organique de la tour Lakhta est composée de cinq ailes décalées de près de 90 degrés (0,82 degrés par étage). Par conséquent, seules les modélisations 3D et BIM ont pu venir à bout de la géométrie extrêmement complexe de cette sculpture habitable.

La conception architecturale, dirigée par Philipp Nikandrov, architecte en chef de Gorproject et originaire de Saint-Pétersbourg, s’inspire des spirales et des coupoles historiques de la ville. C’est d’ailleurs lui qui a conçu l’emblématique tour de l’Évolution (Evolution Tower) de Moscou, un autre gratte-ciel vrillé réalisé par Gorproject.

En s’appuyant sur cette expérience, l’architecte a obtenu un effet similaire grâce à un processus de fabrication appelé « cintrage à froid ». Sachant que le verre trempé ne peut être courbé au-delà d’une certaine limite, cette technique permet d’obtenir une enveloppe lisse en façonnant les panneaux de murs-rideaux en courbes convexes au fur et à mesure qu’ils sont pressés dans des cadres. « Le cintrage à froid nécessite une consommation d’énergie bien inférieure à celle du cintrage à chaud, ce qui permet de réduire les coûts et d’assurer la pérennité du processus de construction du bâtiment », explique Sergeï Lakhman.

Afin d’augmenter le nombre de panneaux standards de onze mètres carrés, l’équipe de conception de Gorproject s’est servie de la modélisation paramétrique pour optimiser la mise en panneaux de la façade, procédé qui a également permis de réduire les coûts et les erreurs d’installation.

2. Atteindre le niveau Platine de la certification durable

En tant qu’entreprise énergétique mondiale, Gazprom souhaitait que son siège social reflète la norme de développement durable LEED. Gorproject répondait à des critères exigeants en matière d’efficacité énergétique, d’économie d’eau et de recyclage, ce qui lui a finalement permis d’obtenir la certification Platine.

En plus d’une « façade intelligente » qui réduit la consommation d’énergie, la conception écoénergétique du Lakhta Center met en avant des systèmes de chauffage, de traitement des déchets et d’éclairage de pointe. À l’intérieur, des radiateurs infrarouges remplacent les appareils de chauffage classiques, et l’excédent de chaleur produit par les équipements mécaniques, électriques et de plomberie du bâtiment est acheminé vers le système de chauffage.

De plus, le bâtiment est irrigué à l’eau de pluie et est doté d’un système d’élimination des déchets par aspiration pneumatique. Enfin, un système d’éclairage à LED informatisé maximise l’énergie lumineuse à l’intérieur comme à l’extérieur. « Chaque luminaire consomme dix fois moins d’énergie par mètre linéaire que les lampes à incandescence », explique Sergeï Lakhman.

Étant donné que la tour Lakhta se situe sur les routes de migration des oiseaux, l’une des missions de Gorproject était d’éviter que ces derniers ne viennent s’écraser sur sa façade réfléchissante. « Généralement, les oiseaux percutent les vitres en miroir des gratte-ciel parce que, sous certains angles, ils ne voient pas la différence entre le ciel et son reflet dans le verre, précise le directeur de Gorproject. Nous avons proposé un éclairage architectural très économe qui n’aveugle pas les oiseaux. »

3. Protéger la tour contre les conditions météorologiques extrêmes

Conçue pour ressembler au logo de Gazprom, la silhouette de la tour en forme de flamme est trompeuse et nous ferait presque oublier que les températures de Saint-Pétersbourg frisent les 0 °C sept mois par an. À cause du froid et de l’humidité extrêmes, les nuages qui recouvrent la flèche de 100 m de haut se condensent en glace sur sa surface, ce qui présente un risque potentiel de chute de glaçons. Afin d’éviter la formation excessive de glace, l’équipe de conception a proposé un système antigel : des plaques de treillis métalliques rayonnantes qui recouvrent la zone de la flèche.

En outre, avec des températures estivales atteignant les 21 °C, les conditions météorologiques extrêmes représentent un défi important pour le chauffage et le refroidissement à haute efficacité énergétique. Pour empêcher que la zone tampon naturelle ne surchauffe entre les parois, le bardage double peau du bâtiment comprend des stores automatiques assurant une ventilation naturelle. La zone tampon sert également à réduire les charges thermiques en utilisant l’effet de serre lors des journées hivernales ensoleillées.

4. Garantir la résistance et la sécurité des structures

Au sein d’un bâtiment qui culmine à 400 mètres au-dessus du sol, les systèmes de protection incendie sont complexes : des supports structurels jusqu’aux systèmes de sécurité incendie, tous les éléments ont été conçus et testés pour répondre à des normes de sécurité rigoureuses. Par conséquent, la tour Lakhta Center est capable de résister à un incendie de quatre heures sans subir de dommages structurels, et tiendra face à l’effondrement éventuel de dix poteaux porteurs.

Le projet a débuté en 2011, dix ans après les attentats du 11 septembre, qui ont entraîné la mise en place de mesures de protection pour donner aux occupants du bâtiment le temps nécessaire d’évacuer. « Nous avons dû poser des questions comme : “Dans quelle mesure le bâtiment sera sûr et tiendra debout si un tel impact se produisait ?” » poursuit Sergeï Lakhman. Pour le tester, Gorproject a créé des modèles 3D pour la simulation de scénarios extrêmes.

La solution de conception choisie empêche l’effondrement progressif en renforçant la résistance aux chocs. « Supposons qu’un impact se produise avec pour conséquence la cassure d’un élément porteur de charge verticale, explique Sergeï Lakhman, le bâtiment doit résister. Il peut être soumis à de très grandes contraintes et devra probablement être reconstruit par la suite, mais les gens pourraient survivre et avoir le temps de quitter les lieux. »

Gorproject a donc opté pour des poteaux mixtes acier-béton offrant une résistance cinq fois supérieure à celle des poteaux classiques, tout en occupant moins de surface au sol. De plus, la charpente en acier forme une sorte de hamac : si un étage s’effondre, les étages supérieurs et inférieurs ne seront pas affectés.

En effet, 264 pieux enfoncés à 280 m de profondeur et une armature métallique de 9 600 tonnes sur quinze niveaux de trames renforcent les fondations de la tour. En outre, quinze poteaux périmétriques stabilisants répartissent le poids du bâtiment en partant du centre. Ainsi, même face à des vents dépassant les 130 km/h au sommet, le gratte-ciel restera stable. Et afin de contrôler en permanence la verticalité, le directeur de Gorproject et son équipe ont conçu un système de surveillance automatisé, le premier du genre, au moyen de 3 000 capteurs installés dans l’ensemble du bâtiment.

5. Effectuer une transition en douceur vers la gestion technique du bâtiment

Après avoir utilisé les technologies 2D et 3D, dont AutoCAD et Revit d’Autodesk, tout au long du cycle de vie du projet, Gorproject a transmis la maquette numérique au maître d’ouvrage pour l’exploitation et la maintenance de l’édifice.

« La maquette numérique a été développée avec un niveau de développement (LOD) de 400, raconte Sergeï Lakhman. Le BIM est la boîte à outils qui a permis d’éviter un grand nombre d’erreurs graves lors de l’installation. Au cours du processus de conception, nous avons constamment travaillé sur les conflits géométriques entre les différents éléments et systèmes. Il y avait tellement d’éléments uniques, architecturaux, structurels et techniques, que nous avons dû développer plus de 6 000 nouvelles familles Revit. »

Cependant, la façade complexe du bâtiment ne peut être entretenue selon les méthodes traditionnelles. L’équipe de Gorproject a donc littéralement repensé le concept de fond en comble. « Chacune des quinze faces incurvées en forme de “pétales” de la façade possède sa propre paire de rails sur deux côtés verticaux, explique Sergeï Lakhman. Une nacelle se déplace le long de chaque rail et une plateforme télescopique est fixée entre eux, ce qui permet de compenser le non-parallélisme. » De surcroît, les nacelles peuvent supporter les équipes d’entretien, le matériel lourd et les panneaux de façade de remplacement, qui peuvent peser jusqu’à 815 kg.

En conclusion, la conception du Lakhta Center a représenté un défi titanesque, mais c’est ce qui anime l’équipe de Gorproject. « Lorsque l’on entreprend une tâche aussi ambitieuse encore jamais réussie auparavant, on cesse de penser que sa vie sera vaine, ajoute l’entrepreneur russe. C’est pourquoi, chez Gorproject, nous essayons de créer des bâtiments qui s’intègrent parfaitement au décor et qui nous tiennent sans cesse en haleine. »

Source

https://redshift.autodesk.fr