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Des défis techniques pour les gratte-ciels «megatall»

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Des défis techniques pour les gratte-ciels «megatall»

© jovannig - stock.adobe.com

Le verre des gratte-ciels «megatall» (c'est-à-dire des gratte-ciels d’au moins 600 mètres de haut) tend souvent à être considéré comme acquis techniquement. Pourtant, les défis à relever pour mettre en œuvre le vitrage de haute technologie et de haute résistance qui couvre les bâtiments megatall d'aujourd'hui sont aussi importants et complexes pour la performance du bâtiment que l'acier et le béton qui le composent.

Guardian, l'un des plus importants producteurs de verre plat et de verre transformé au monde, a développé une très grande expertise dans ce domaine et conçu de nombreux produits destinés à satisfaire aux contraintes spécifiques des édifices de très grande hauteur, notamment pour les chantiers des tours Burj Khalifa et Jeddah Tower à Dubaï.

Quand il s'agit de structures megatall, les principaux défis sont la pression du vent, les différences de température et d'altitude, et la condensation.

D'autres facteurs importants sont la lumière et la chaleur. Les bâtiments élevés, en raison de leur très grande masse de chaleur intérieure, ont tendance à avoir besoin en permanence d’une climatisation, même pendant les mois les plus froids de l'année. La climatisation constitue le coût énergétique le plus important d'un gratte-ciel. Les bâtiments megatall présentent ainsi un défi technique très spécifique: non seulement ils ont une masse de chaleur intérieure élevée, mais en outre, dès lors qu’une très grande partie de leur structure dépasse les tours voisines, il n'y a absolument rien pour entraver le rayonnement solaire. De plus, la plupart d'entre eux ont tendance à se trouver dans les régions désertiques du Moyen-Orient, en Afrique et en Asie du Sud-Est.

Pour compliquer encore un peu plus les choses, l'enveloppe des bâtiments megatall est aujourd’hui presque entièrement vitrée, avec en prime de grandes et larges baies pour offrir un maximum de vue. Aussi, le défi réside dans le fait que ces très grands vitrages doivent être extrêmement solides pour supporter la pression du vent, et conçus de manière à compenser l'énorme quantité de lumière qu'ils apportent au bâtiment afin d'améliorer le bien-être et le confort de ses occupants.

L’environnement du bâtiment

Les environs d'une tour – dans le cas des tours Burj Khalifa et Jeddah Tower, le climat désertique local – sont des éléments importants à prendre en compte.

Les zones environnantes des bâtiments megatall, telles que les collines et autres bâtiments, absorbent une grande partie de la chaleur intense pendant la journée, mais continuent à rayonner ou à émettre cette chaleur dans leur environnement pendant la nuit. Le verre à faible émissivité (Low-E) aide à réfléchir ce rayonnement à ondes longues et à minimiser sa transmission. C'est pourquoi l'utilisation du verre Low-E (chez Guardian, le SunGuard® Neutra 60) est l'un des meilleurs choix.

Le climat local dans ces régions désertiques chaudes et humides – avec des températures diurnes atteignant jusqu'à 50° C – pose de réels défis techniques pour le verre en termes de contrainte et de réflexion, mais aussi de potentiels problèmes de condensation.

«La plupart des gens ne se rendent pas compte à quel point le verre Low-E est populaire au Moyen-Orient et pourquoi il devrait être utilisé. Généralement, les gens pensent que le verre Low-E est utilisé uniquement dans les climats froids. Cependant, le concept de blocage et de réflexion de la chaleur indirecte la nuit et pendant la journée est un facteur que la plupart des gens ne prennent pas en considération», explique-t-on chez Guardian.

Condensation

Avec les bâtiments megatall, il y a toujours un risque de condensation sur la vitre à l'extérieur. Cela est dû à la différence de température entre l'extérieur du bâtiment (qui est très chaud, et humide pendant l'été) et la température intérieure (climatisation).

«Là encore, l'utilisation d'un verre à faible émissivité comme vitre interne peut aider à empêcher le transfert du froid de l'intérieur du bâtiment vers la vitre extérieure, tandis qu’un traitement thermique approprié (trempe complète ou renforcement thermique) permettra au verre de résister aux différences de température.»

L'enveloppe des bâtiments megatall est aujourd’hui presque entièrement vitrée. Ces très grands vitrages doivent être extrêmement solides pour supporter la pression du vent et sont conçus de manière à compenser l'énorme quantité de lumière qu'ils apportent au bâtiment. (© Guardian Glass)

Différences d'altitude

La différence d'altitude entre la base et le sommet d'un bâtiment megatall – et l’écart de température qui y est lié – peut entraîner des problèmes de déflexion du verre sur le vitrage isolant en raison de la différence de pression.

«Pour le projet Burj Khalifa, nous devions également relever le défi technique de gérer l’écart important entre les températures de production et d'installation des IGU (acronyme pour «unités de verre isolées» qui se réfère aux fenêtres à double et triple vitrage), fabriqués en janvier avec une température de 26° C, puis installés sur place à Dubaï en août alors que la température était de 48° C.» En l’occurrence, les calculs de contrainte et de déflexion des IGU ont permis aux experts techniques de Guardian Glass de définir les épaisseurs de verre adéquates pour s'adapter aux différentes hauteurs d'installation du verre dans le bâtiment.

Vent

Près du sol, le vent est perturbé par les arbres et les autres bâtiments, mais au fur et à mesure qu'une tour s'élève, ces obstacles disparaissent. Elle fait alors face aux forces non obstruées du vent, lesquelles peuvent être extrêmement élevées.

«Même si la forme dynamique du bâtiment est conçue pour réduire la charge structurelle due à l'impact du vortex du vent, l'épaisseur du verre est également très importante. Pour la Burj Khalifa, la façade en verre a été conçue pour résister à des charges de vent allant jusqu'à 250 km/h. De son côté, le système de verre de la Jeddah Tower, à Dubaï également, est conçu pour résister à un balancement de 2,5 mètres de rayon, sans rupture ni fuite. L'épaisseur du verre dépend de la hauteur du bâtiment où il est installé. Le traitement thermique est également crucial car il rendra le verre jusqu'à 5 fois plus résistant pour résister aux charges de vent extrêmes.»

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