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21/07/2010

Centre Pompidou de Metz : CTE témoigne...

Le Projet architectural du Centre Pompidou de Metz présente la particularité d'allier à la fois des prouesses techniques et la conjugaison de trois matériaux structurels ayant chacun leur particularité : le béton, l'acier et le bois, dans une interaction très forte.
La gestion des interfaces entre ces différents matériaux ainsi que les Etudes d'Exécution du Génie Civil ont été confiées par l'Entreprise Générale Demathieu & Bard au Bureau d'Etudes Structures CTE, basé en Alsace et fort de près d'une centaine de collaborateurs, ingénieurs et techniciens.
Avec des bureaux à Mulhouse et à Strasbourg, CTE a également des filiales à Lyon et Metz, mais aussi en Allemagne, au Brésil et au Vietnam.
Au sein du Bureau d'Etudes, ce projet a été dirigé par les ingénieurs Claudio Da Silva et Philippe Capron en France, et par Ranier Barbieri, ingénieur et responsable de la filiale brésilienne de CTE.

Interview de Mr BARBIERI

- Pouvez-vous nous décrire le projet du Centre Pompidou ?

La structure du Centre Pompidou se compose des galeries d'exposition, des corps de bâtiments annexes ainsi que de la toiture :

Les Galeries d'Exposition :
La structure principale du Centre Pompidou de Metz est formée par les trois galeries d'exposition en béton de 86m de longueur, 15m de large et de 8m de hauteur, supportées par des poteaux béton armé élancés. Chaque galerie est décalée d'un angle de 45° par rapport à l'autre. Ces galeries présentent des portées libres de 35m, des portes-à-faux de 15m et des poteaux d'une hauteur de 21m. Horizontalement, les tubes formés par ces galeries sont contreventés par le noyau rigide du bâtiment support et par la charpente métallique de la tour hexagonale.

Les Corps de Bâtiments Annexes :

  • Bâtiment Support : ouvrage en béton de sept étages, destiné à des activités de support au fonctionnement du musée.
  • Studio de Création : bâtiment circulaire en béton armé qui renferme aussi le restaurant panoramique.
  • Tour Hexagonale : structure en charpente métallique tubulaire avec une flèche culminant à 77m, destinée à la circulation verticale entre les galeries.
  • Façade : structure en béton et charpente métallique, bloquée horizontalement en tête sur les galeries et fonctionnant en console verticale sur une hauteur de 30m. Cette façade est, en outre, complètement indépendante de la structure bois.

La Toiture :
La toiture est constituée d'une ossature en charpente lamellé-collé supportant une toile téflon tendue. La forme de la toiture présente une géométrie complexe inspirée d'un «chapeau chinois» nécessitant la réalisation d'un maillage bois tri-dimensionnel, unique en son genre. Elle présente des points d'appui sur le bâtiment support, les galeries d'exposition, la tour hexagonale et des appuis propres constitués par des «poteaux tulipes» en bois, situés à l'extérieur du bâtiment.

- Quelles ont été les problématiques structurelles pour cet ouvrage ?

Photo du porte-à-faux de l'ouvrage 3D

Photo du porte-à-faux de l'ouvrage

En partenariat avec l'entreprise Demathieu & Bard et avec le concours du professeur Dominique Calvi, spécialiste du bois, nous avons radicalement changé la conception structurelle initiale du projet. En effet, le concept initial, basé sur une toiture encastrée et bloquée rigidement sur les galeries très souples et déformables, engendrait une sensibilité difficilement maîtrisable en termes de déformations entre les différents éléments béton, acier et bois.

Le changement a consisté à proposer une structure des galeries plus rigides et monolithiques sur lesquelles vient s'appuyer une charpente bois via des appuis non plus encastrés mais rotulés et même glissants. Ceci a permis de limiter les déformations (horizontales et verticales) des structures béton (galeries) et de découpler le fonctionnement des deux matériaux principaux (béton et bois). En outre, le monolithisme reconstitué entre les planchers et les poutres voiles des galeries a apporté une sécurité et une durabilité renforcée à l'ouvrage béton.

Dans la variante structurelle réalisée, les tubes des galeries d'exposition sont formés par des voiles en béton armé de 30cm d'épaisseur. Les planchers supérieurs et inférieurs sont constitués par des dalles mixtes béton/acier, avec des profilés type PRS, connectés à une dalle béton de 21cm d'épaisseur, permettant de franchir les 15m de portée isostatique entre les voiles.

Contrairement à la conception originale, qui prévoyait des appuis glissants des planchers le long des voiles, la liaison planchers-voiles est continue sur toute la longueur des galeries avec des parois en béton armé de 30cm d'épaisseur. Chaque galerie constitue un ensemble rigide vis-à-vis des efforts horizontaux, et la tenue latérale des voiles est complètement assurée.

'Poteau tulipe' du Centre Pompidou
"Poteau tulipe" du Centre Pompidou

- Que vous a apporté l'utilisation des solutions GRAITEC dans le cadre de ce projet ?

La structure complexe du Centre Pompidou de Metz a demandé un travail minutieux de modélisation, réalisé avec le logiciel Effel. Cette modélisation a été nécessaire pour la détermination des efforts et l'appréciation du cheminement des charges, pour la maîtrise de l'interaction entre les différentes parties de structures, et pour le dimensionnement des éléments en béton armé, en acier et en bois.

Pour cela, nous avons réalisé deux modèles aux éléments finis :

  • un modèle global de la structure béton armé et charpente métallique, avec les charges de la charpente bois pour les Etudes de détail, incluant le radier.
  • un modèle simplifié (constitué d'éléments filaires) présentant une rigidité équivalente à celle du modèle global et permettant d'inclure la structure béton/acier avec la modélisation de la charpente bois réalisée par le Bureau d'Etudes de l'entreprise Holzbau.

Une attention spéciale a été donnée à la modélisation des connexions entre la tour hexagonale et les galeries d'exposition, entre la façade principale et les galeries, entre les planchers et les voiles des tubes des galeries d'exposition, et entre les planchers et la structure principale de la tour hexagonale, tout cela avec un choix scrupuleux des attaches des éléments filaires. La modélisation correcte de ces connexions a non seulement permis la détermination des efforts nécessaires pour leur dimensionnement, mais surtout l'estimation très fine des rigidités des différentes parties du bâtiment.

Rendu-réaliste du projet dans Effel Structure

Rendu-réaliste du projet dans Effel Structure



Le calcul par phases qui est l'une des capacités d'Effel, a été particulièrement important. Trois phases ont été nécessaires :

- 1ère phase : calcul des effets des charges de longue durée

- 2ème phase : calcul des effets des charges de courte durée (vent, exploitation)

- 3ème phase : calcul des combinaisons à partir des résultats des deux phases précédentes


Le calcul par phases a aussi servi pour la vérification du phasage de construction, très impactant sur les sollicitations, ainsi que pour le fluage, le retrait et les effets thermiques.

En complément à toutes ces analyses, les cartes de ferraillage issues du module d'expertise béton d'Effel ont permis la considération de tous les phénomènes pour la détermination des armatures des éléments structuraux.

Vue la complexité des analyses réalisées, les résultats obtenus sur les modèles aux éléments finis ont été vérifiés par des calculs simplifiés standards, permettant une maîtrise du dimensionnement de la structure. L'enveloppe des calculs éléments finis et simplifiés a assuré la sécurité et la performance de la structure.

Photo du Centre Pompidou de Metz

Photo du Centre Pompidou de Metz

- Quelle expérience pouvez-vous retirer de ce projet ?

Le Centre Pompidou de Metz a constitué un défi important en termes de calcul structurel pour nos équipes d'Ingénieurs qui ont mis en œuvre toutes leurs compétences en matière d'innovation, de maîtrise des délais et des contraintes techniques et architecturales ainsi qu'au niveau de l'accompagnement des équipes chantier de l'entreprise Demathieu & Bard.

Aujourd'hui, ce projet est devenu une référence exceptionnelle pour notre Bureau d'Etudes qui en compte plusieurs autres telles que le Stade des Alpes de Grenoble situé en zone sismique, l'Hôpital de Strasbourg (ouvrage de 180m de long conçu sans joints de dilatation), etc.


Quelques chiffres représentatifs :

- 45 000 éléments surfaciques,
- 15 000 éléments filaires,
- 346 appuis ponctuels élastiques correspondant aux fondations par pieux,
- 240 cas de charges, comprenant les charges permanentes et d'exploitation, le retrait, la température, le vent et actions dynamiques pour la vérification en service,
- 600 combinaisons de charges.