La densification urbaine permet d’augmenter la rentabilité des services urbains (réseaux de transports, d’eau et d’assainissement) et d’accroitre la compétitivité des villes, mais la construction de structures neuves impose bien souvent la démolition d’ouvrages existants pour libérer de l’espace au sol, ou sinon d’artificialiser des sols qui ne le sont pas encore ; dans le cadre d’une économie circulaire, il est bien préférable de valoriser le bâti existant.
Dans le cas particulier des immeubles de grande hauteur (IGH) les volumes de béton à démolir puis à reconstruire sont vite considérables. Par exemple dans le cas d’un IGH de 40 étages et de 140 m de hauteur le volume total de béton rapporté à un mètre carré au sol représente l’équivalent de 20 m de béton plein ! A cette quantité de matière énorme correspond d’entrée de jeu un bilan très néfaste d’équivalent CO2 rapporté au mètre carré de plancher, d’autant plus important que pour un IGH la matière vient surtout des verticaux : la tour se porte elle-même.
Une démarche beaucoup plus éco-responsable consiste à réhabiliter l’existant et en particulier les tours de grande hauteur pour densifier.
1. LA PROBLEMATIQUE DE LA REHABILITATION : RECONNAITRE ET COMPRENDRE L’EXISTANT
Le retour d’expérience acquis par setec tpi montre qu’à l’opposé de la réalisation d’un ouvrage neuf, il faut être prêt à faire face à des incertitudes liées à la réhabilitation d’une structure qui a déjà eu une première vie, qui n’a pas été conçue pour une seconde vie et dont on ne maîtrise pas toujours bien la qualité de réalisation à l’époque de sa construction ; pour maîtriser ces incertitudes, setec tpi a mis en place un processus d’études dont les principales étapes sont les suivantes :
- Recueil du maximum de données bibliographiques : les documents d’exécution, plans de coffrage et plans de ferraillage de préférence en plans de récolement conformes à l’exécution, les notes de calcul d’exécution et les rapports de sol :
- Expertise de la structure existante, compréhension de son fonctionnement structurel :
- Identification des charges appliquées : les charges appliquées sont également codifiées par les règlements de la construction qui sont en constante évolution ;
- Les outils de calcul de l’époque : l’approche de calcul de structure qui était faite dans les années 70/80 n’est plus celle adoptée actuellement, parfois les simplifications faites dans les calculs « manuels » de l’époque n’évaluent pas bien le cheminement des efforts, il peut en résulter – 50 ans plus tard – des désordres qui devront être réparés pour garantir une nouvelle vie à l’ouvrage ;
- Les résistances des matériaux béton et acier de ferraillage ou de charpente à reconnaitre par des campagnes spécifiques réalisées par des laboratoires spécialisés comme le LERM, laboratoire du groupe Setec.
Ces étapes constituent la phase « diagnostic » des structures, indispensable pour appréhender tout projet de restructuration / réhabilitation.
2. LA REGLEMENTATION
Prise en compte des évolutions réglementaires : le projet initial a été conçu dans une cadre règlementaire qui a évolué, par exemple pour le béton :
- le CCBA 68 et les CM66,
- le BAEL 80 puis BAEL 90,
- les règles NV,
- Les Eurocodes.
Les justifications du projet réhabilité sont à faire, selon les demandes du Bureau de Contrôle, dans le cadre règlementaire en vigueur ; cela concerne à la fois les justifications structurelles et les actions appliquées.
Les calibrages des actions appliqués étaient bien souvent fait au plus juste il y a 50 ans, alors que les Maîtres d’Ouvrage demandent aujourd’hui plus de latitude dans les capacités portantes de leurs planchers.
3. PROCESSUS DE REHABILITATION
Réutiliser une structure existante est plus compliqué, qu’étudier une structure neuve.
Ainsi, la réhabilitation d’un ouvrage pas forcément conçu pour être réhabilité nécessite de suivre une méthodologie précise et adaptée, que nous avons développée et consolidée sur nos différents projets et dons les principales étapes sont :
- Reconnaissances et compréhension de la structure existante comme décrit précédemment
- Définition précise des actions appliquées (charges d’équipement, d’exploitation, vent),
- Connaissance des règlements anciens et connaissance des possibilités offertes par les règles de calcul pour bien caler les principes des justifications,
- Conception structurelle des extensions visant à limiter les charges rapportées (« bon choix » du matériau utilisé pour cette extension : métal, bois…), en essayant de respecter la géométrie de l’existant (trame de l’extension calée sue celle de l’existant, limitation des interventions sur les structures primaires de l’existant…)
- Recalcul complet de la structure dans son état existant et dans son état réhabilité futur pour identifier, élément structurel par élément structurel, les structures impactées par le projet de réhabilitation.
- Techniques spécifiques de renforcement de l’existant (renforts par moisage béton, acier, carbone, techniques de vérinage pour transferts de charges…),
- Techniques spécifiques de reprises et transferts de charges (chevalement, étaiement..), maîtrise des déformations, monitoring…
4. CONCLUSION
Particulièrement vertueuse en terme environnemental, la réhabilitation des IGH existants s’impose, et va continuer de s’imposer de plus en plus compte tenu des volumes de matière en jeu et de leur impact éventuel sur l’environnement en cas de démolition reconstruction.
Réutiliser une structure existante impose de remettre en cause le processus étude suivi usuellement pour un ouvrage neuf. Une parfaite connaissance de l’existant est un préalable absolument nécessaire pour réduire les incertitudes. Une fois levée les incertitudes, la connaissance de l’existant permet de réemployer au mieux en tirant parti de la règlementation.
Initiée au début des années 2 000 à travers la réhabilitation de la tour PB12, devenue Opus 12 et donc setec tpi avait réalisé les études d’exécution du gros œuvre, c’est désormais en tant que maître d’œuvre structure que setec tpi intervient sur ces projets, comme par exemple la tour Montparnasse à Paris, l’immeuble Lightwell ou les tours Ariane et Hopen à la Défense, ou encore les projets Aurore et Altiplano que nous proposons de vous vous faire découvrir ci-après.
Tour Aurore
Tour de première génération construite à La Défense au tout début des années 1970, la tour Aurore, haute de 90 m pour 27 étages de superstructures, est rénovée et surélevée de 6 étages pour atteindre une nouvelle hauteur de près de 120m au début des années 2020.
Le projet de rénovation a été imaginé par tous ses concepteurs pour être le plus vertueux possible en terme environnemental. Ainsi, le nombre d’étages ajoutés est le nombre maximal possible sans avoir à renforcer les structures porteuses (poteaux de façades, voiles du noyau central) de l’immeuble existant : seul le radier a finalement dû être renforcé.
Selon une estimation du bureau d’études environnemental du projet, cette rénovation respectueuse de l’existant a permis, par rapport à une démolition / reconstruction, d’économiser l’équivalent de près de 50 années de la consommation d’un IGH de cette taille : la nouvelle vie d’Aurore se fera donc à bilan carbone nul !
Altiplano
Compte tenu de sa hauteur limitée, le projet PB10 ne rentre pas dans la catégorie des IGH, mais est un immeuble Code du travail, cependant d’une ampleur particulière : le projet affiche près de 60 000 m² de plancher.
Le projet consiste en la restructuration complète de l’immeuble PB10, situé à la Défense, ainsi que de sa surélévation de deux à huit niveaux en superstructures selon les ailes. Construit au début des années 80, PB10, d’une surface d’un peu moins de 40 000 m² pour six niveaux vient se percher sur le parking aérien Villon lui-même réparti sur six étages via une structure de transfert.
Rebaptisé « Altiplano » et surélevé de 2 étages, le bâtiment compte désormais près de 60 000 m² de plancher.