L’un des symboles les plus célèbres de Paris et de la France entière, ainsi que l’un des bâtiments les plus emblématiques du monde moderne, est la tour Eiffel. Sa construction a officiellement commencé en 1887 et s’est achevée en 1889.
La structure en treillis de la tour se compose d’environ 18 000 éléments métalliques, pesant plus de 7 000 tonnes, accompagnés de plus de 5 300 plans de conception. À son achèvement, la tour Eiffel culminait à environ 300 mètres, ce qui en faisait la plus haute structure en treillis du monde jusqu’en 1930. La création de la tour a marqué la transition historique de l’ère du bois et de la pierre vers l’ère moderne du béton armé et de l’acier.
Cet article vous aidera à comprendre en détail ce qu’est une structure en treillis, ses caractéristiques principales et les types typiques de structure réticulée en acier utilisés dans les bâtiments contemporains.
Introduction à la structure en treillis :
Une structure réticulée en acier est un cadre constitué de barres reliées à leurs extrémités par des articulations. Tous les éléments se trouvent dans le même plan et supportent principalement des efforts axiaux de traction ou de compression, transférant efficacement les charges à travers la structure. Ces barres sont généralement disposées en unités triangulaires, la stabilité inhérente du triangle assurant la rigidité globale. D’autres formes géométriques peuvent également être utilisées selon les besoins architecturaux.
Classification des structures en treillis :
- Structure en treillis spatiale : utilisée principalement pour la construction de bâtiments à grande portée. Elle relie plusieurs treillis afin de former un réseau tridimensionnel complet, offrant une plus grande résistance, une portée plus large et une répartition des charges plus uniforme. C’est la structure en treillis idéale pour les grands espaces industriels.
- Structure en treillis spatiale de forme spéciale : ce type de structure réticulée en acier apparaît dans des projets nécessitant de grandes portées et des formes non conventionnelles. On la retrouve souvent dans le design architectural pour créer des formes uniques et des effets esthétiques remarquables.
- Structure tubulaire en treillis spatiale spéciale : elle se distingue par sa grande flexibilité et adaptabilité, répondant aux besoins d’espaces architecturaux complexes. Ce type de structure en treillis combine esthétique et performance mécanique, permettant des conceptions sans colonnes et mettant en valeur la beauté architecturale de l’ensemble.
Caractéristiques de la structure en treillis :
Une structure en treillis spatiale est capable de supporter des charges provenant de plusieurs directions. Contrairement à un treillis plan, qui ne fonctionne efficacement que dans son propre plan, une structure réticulée en acier distribue et transfère les charges verticales et horizontales de façon équilibrée entre ses éléments.
Les interactions entre les barres créent un système tridimensionnel stable. Par exemple, lorsqu’une charge inégale est appliquée, un treillis plan peut subir un flambement par torsion, tandis qu’une structure en treillis spatiale résiste à cette déformation grâce à sa grille tridimensionnelle. De plus, ces structures sont souvent hyperstatiques, ce qui leur permet de conserver une certaine capacité portante même si certains éléments subissent des dommages localisés.
Dans une structure en treillis, les barres subissent principalement des forces axiales — traction ou compression — selon les exigences de résistance du matériau. La forme et la taille des sections sont optimisées selon la stabilité et la capacité portante, afin d’éviter tout gaspillage de matière.
Les structures réticulées en acier offrent une utilisation spatiale flexible et peuvent intégrer des conduits, systèmes de ventilation et équipements techniques. Elles permettent également de couvrir de grandes distances sans supports intermédiaires, créant ainsi des espaces ouverts et dégagés.
Structure en treillis spatiale spéciale : moins régulière que les structures classiques, elle se conçoit avec des formes géométriques adaptées à des fonctions architecturales spécifiques. Par exemple, les toits ondulés de certains bâtiments présentent des sommets et vallées de tailles différentes. Cette forme irrégulière est obtenue grâce à une disposition asymétrique des barres et à des connexions spéciales. Les structures réticulées en acier de ce type peuvent former des courbes et surfaces complexes, guider l’écoulement des eaux pluviales et créer des formes telles que les paraboloïdes hyperboliques ou les surfaces libres pour un effet visuel dynamique. Les espaces ondulés peuvent également offrir des expériences spatiales variées aux utilisateurs.
En raison de leur géométrie irrégulière, le comportement structurel des structures en treillis spéciales est plus complexe que celui des treillis réguliers. La forme influence directement leur capacité à supporter les charges horizontales et à résister aux torsions.
Structure tubulaire en treillis spatiale spéciale : ce système n’est pas limité par la géométrie conventionnelle et permet des torsions libres et de grands angles. Il offre des surfaces fluides et des conceptions variables, garantissant une excellente adaptabilité spatiale et une expérience architecturale riche et variée.
En raison de la forme irrégulière de cette structure tubulaire en treillis spatiale spéciale, les efforts internes sont plus complexes et la transmission des charges n’est pas linéaire comme dans les structures classiques. Cependant, dès la phase de conception, il est possible d’optimiser l’utilisation des matériaux grâce à des calculs précis, exploitant pleinement la résistance à la traction et à la compression. Dans ce type de structure réticulée en acier, les tubes constituent les éléments les plus essentiels, offrant une rigidité et une résistance supérieures à celles des barres pleines.
Lorsque les exigences esthétiques du bâtiment sont élevées, il est nécessaire d’harmoniser l’apparence des nœuds avec la forme architecturale globale sans altérer l’effet visuel. Par exemple, dans une structure en treillis tubulaire de forme spéciale, les jonctions peuvent être dissimulées ou intégrées visuellement avec les raccords pour obtenir une cohérence esthétique parfaite.
Musée du Crabe Poilu du Lac Yangcheng, 2022
Le Musée du Crabe Poilu du Lac Yangcheng est situé dans la ville de Suzhou, province du Jiangsu. Il a été construit par Suzhou Wujiang XTD Steel Structure Engineering Co., Ltd., avec une superficie d’environ 4 630 m². Il s’agit d’une structure en treillis spatiale irrégulière innovante.
Musée du Canal de l’Est du Zhejiang, 2023
Le Musée du Canal de l’Est du Zhejiang est situé à Shaoxing et a également été construit par Suzhou Wujiang XTD Steel Structure Engineering Co., Ltd. C’est une structure réticulée en acier irrégulière d’une superficie d’environ 34 000 m².
Exemples architecturaux de structures en treillis :
Pavillon des Machines de l’Exposition de Paris de 1867
Le Pavillon des Machines de l’Exposition Universelle de Paris a été conçu par les ingénieurs J.B. Krantz et Eiffel, et achevé en 1867. Il utilisait trois arcs articulés en acier avec une structure en treillis dans la section transversale. Vingt de ces arcs d’acier, d’une largeur de 115 mètres et d’une longueur de 420 mètres, formaient un espace intérieur immense et dégagé.
Opéra de Sydney, 1973
L’Opéra de Sydney a été conçu par l’architecte Jørn Utzon et achevé en 1973. Sa forme unique se compose de trois grandes coques faites d’éléments préfabriqués en béton et de structures en treillis d’acier. Situé à Sydney, en Australie, il est considéré comme l’un des bâtiments les plus représentatifs du XXe siècle.
Bâtiment Terminal de l’Aéroport International de San Francisco, 2000
Le bâtiment terminal de l’Aéroport International de San Francisco a été conçu par Skidmore, Owings & Merrill (SOM) et d’autres équipes partenaires. La conception a été finalisée en 1995 et la construction s’est achevée en 2000. Le toit vitré a été réalisé à l’aide d’une structure en treillis spatiale, alliant innovation technologique et esthétique moderne.
