LÉGÈRETÉ ET ROBUSTESSE DES STRUCTURES
EN ACIER
Depuis le xixe siècle, les structures édifiées en fer et fonte, puis en acier, sont le fruit de solutions techniques pointues qui offrent aux concepteurs des possibilités infinies de création de bâtiments contemporains et innovants, de tous types et dimensions, et pourvoyeurs d’une architecture audacieuse, répondant aux défis du xxie siècle.
Alliant légèreté et robustesse, ces structures sont également performantes et esthétiques, et souvent dotées d’amples portées, qui ne sont réalisables qu’en acier, avec de fins profils, afin de libérer de vastes espaces.
Parmi les nombreux atouts de la construction métallique, son excellent ratio résistance/poids en fait un réel avantage. À capacité portante équivalente, une structure en acier pèse environ 60 % de moins qu’une ossature en béton armé, ce qui induit une réduction notoire des fondations ainsi que des économies substantielles, tout en minimisant l’impact environnemental de l’ouvrage. L’acier est en effet connu pour son extrême légèreté par rapport à d’autres matériaux tels que le béton ou la pierre. De plus, il se révèle être hautement recyclable, et donc bien adapté aux exigences actuelles de performance, sécurité et respect de l’environnement, devenues essentielles. Quant à la légèreté légendaire des charpentes acier, qui permet de créer de grandes portées, elle est très avantageuse pour les édifices bâtis en métal sur des sols à faible portance ou bien situés dans des zones sismiques.
LÉGÈRETÉ ET GRANDE PORTÉE, UN DUO GAGNANT
En termes de légèreté structurelle, l’acier demeure le matériau numéro 1 pour constituer des charpentes aériennes et adaptées au traitement parasismique nécessaire pour tout projet qui y est soumis. À ce sujet, la gare de Strasbourg (1883), rénovée en 2007 par l’agence AREP, a fait l’objet d’une extension, soit une immense verrière cintrée, de 23 m de haut, composée d’une structure en arcs d’acier fuselés et de panneaux de verre courbes. L’ensemble, léger et apte à se déplacer, a été traité parasismique. Autre exemple, avec le pont de Gênes (Italie), reconstruit en 2020 par l’architecte Renzo Piano, à la suite de l’effondrement du pont Morandi en 2018. Long de 1 067 m, large de 30,80 m et haut de 45 m, sa structure mixte compte 19 travées en structure acier soutenues par 18 plots en béton. Les techniques avancées d’ingénierie utilisées sur ce projet assurent sa stabilité sismique et sa durabilité, le tablier d’acier l’allégeant et le confortant. Quant au bâtiment d’enseignement mutualisé (BEM), réalisé en 2023 dans le campus de Saclay, par l’architecte Sou Fujimoto et ses associés, il abrite les enseignements de sept écoles de prestige. Il compte une structure mixte béton-acier et une façade vitrée à quadruple hauteur, protégée par un origami aérien en triangles d’acier laqué blanc et lames d’aluminium. Ce projet subtil et doté de fins profils acier dessinant poteaux, passerelles, brise-soleil incarne l’expression même de la légèreté.
DES PERFORMANCES TECHNIQUES À TOUTE ÉPREUVE
Matériau ultraperformant, l’acier, grâce à sa résistance à la traction et à la rupture, son élasticité, sa malléabilité et sa ductilité, permet de réaliser tout un éventail de charpentes fines et légères de modénatures variées. Sa résistance mécanique permet de concevoir des structures à grande portée qui apportent une flexibilité maximale dans l’organisation des espaces internes. Le vaste dôme géodésique – de 76 m de diamètre et 61 m de haut – a été érigé en 1967 à Montréal au Québec (Canada), par l’architecte Richard Buckminster Fuller pour loger le pavillon américain de l’Exposition universelle de 1967. Depuis 1995, il est devenu « la Biosphère », vouée à l’environnement. Sa structure aérienne, esthétique et transparente, en dentelle d’acier couvre d’amples surfaces baignées de lumière naturelle. Autre cas de figure, avec le Stade de France (1997, Saint-Denis), réalisé par les architectes Macary-Zubléna. Sa toiture flottante, en forme d’anneau elliptique, comprend une charpente acier d’une portée imposante et une couverture qui réduisent le poids global de la structure. Ce type de système constructif permet de créer des charpentes d’envergure, en gommant tout poteau dans le volume.
MATÉRIAU RÉSISTANT ET PÉRENNE
Les structures acier se distinguent également par leur durée de vie quasiment illimitée. Elles sont privilégiées par rapport à d’autres matériaux, car elles résistent bien aux agressions biologiques de types termites et moisissure – contrairement au bois – et ne subissent pas les fissures liées au retrait du béton.
La prise en compte des caractéristiques environnementales d’un projet conduit à définir les protections à apporter à l’édifice bâti en acier et à anticiper son entretien à venir pour assurer sa pérennité. Unique au monde, la tour Eiffel, bâtie à Paris en 1889 par l’ingénieur Gustave Eiffel, de 324 m de haut, est entretenue et repeinte tous les 7 ans. Cet édifice historique durable comporte une charpente en fer puddlé de 7 300 tonnes qui perdure et résiste aux affres du temps et aux agressions liées à son contexte urbain. Par ailleurs, l’acier, incombustible, possède une bonne tenue au feu, et contribue à améliorer la sécurité incendie des ouvrages et la protection des personnes. Les structures des bâtiments sont préservées, lors de la propagation du feu, grâce à l’application sur leurs éléments acier de systèmes de protection rapportée adéquats (peinture intumescente, flocage…) qui retardent leur échauffement et leur déformation.
DURABILITÉ ENVIRONNEMENTALE, RECYCLABILITÉ ET RÉEMPLOI
La prise en compte d’une démarche environnementale est désormais indispensable dans l’acte de bâtir et pour tout projet de rénovation ou reconversion de bâtiments existants. Et le constat que l’acier est recyclable à 100 %, sans aucune altération de ses qualités, en fait un matériau écoresponsable de premier ordre. Il reste le matériau le plus utilisé pour la construction dans les pays industrialisés, l’acier faisant partie des déchets non dangereux (DnD), comme les autres métaux ferreux ou non ferreux.
En France, plus de 90 % de l’acier employé dans la construction est recyclé et contribue à une économie circulaire. Qui plus est, la propriété magnétique de l’acier permet d’assurer une récupération facile et abordable de la plupart des flux de déchets, tout en opérant un tri de ceux-ci. Son recyclage à l’infini permet d’économiser jusqu’à 95 % de l’énergie nécessaire à la production d’acier neuf et de baisser largement l’empreinte carbone des édifices. Quant au réemploi, cette pratique vertueuse en plein essor est adaptée aux produits acier, déconstruits en fin de vie d’un ouvrage. Les composants, robustes et durables, peuvent être réemployés tels quels, ou bien remis en état. Le réemploi fait partie du principe d’économie circulaire qui développe des filières appropriées de divers matériaux, comme l’acier.
L’exemple pionnier en la matière, est l’opération BedZED (ou Beddington Zero Energy Development), de 82 appartements, bureaux et activités, édifiée en 2002, par le cabinet Bill Dunster Architects, à Sutton, dans un quartier sud de Londres, au Royaume-Uni. Un projet innovant, puisque 95 % de sa structure acier sont issus d’éléments récupérés dans des décharges ou auprès d’entreprises de démolition.
RAPIDITÉ DE CONSTRUCTION ET RÉDUCTION DES COÛTS
La préfabrication des composants acier en usine garantit une haute précision dans la confection sur mesure ou en série des pièces, limite les erreurs de pose sur le chantier, et simplifie leur assemblage et montage. La mise en œuvre optimisée et la rapidité d’exécution induite génèrent une réduction significative des délais de construction. De plus, la légèreté des pièces facilite leur transport et leur installation in situ, tout en participant à une gestion performante du chantier. Un autre vecteur d’intensification de l’industrialisation concerne la fabrication hors-site qui, ne cessant de se développer, désigne un mode de construction délocalisé du chantier.
En termes de structure optimisée, le pavillon d’études de l’université technique de Braunschweig en Allemagne, conçu en 2023 par les architectes Gustav Düsing et Max Hacke, montre que la fine superstructure en profils d’acier blanc mise en place optimise les coûts de construction. Cette structure légère, épousant une trame carrée, incite à une reconfiguration constante des espaces de travail des étudiants. Le concept d’espace ouvert qui en résulte favorise une diversité d’activités au sein d’un cadre flexible.
CRÉATION ET FLEXIBILITÉ ARCHITECTURALES
La mise en œuvre dans les édifices de structures acier, de formes, tailles et textures variées, contribue à nourrir une grande liberté de conception, de la part des architectes et ingénieurs. L’acier permet d’imaginer et réaliser des ossatures complexes et innovantes, adaptées à chaque projet et site, avec des espaces intérieurs modulables et flexibles dans le temps, certains musées étant bâtis en acier pour ces raisons-là. Le musée d’art moderne Guggenheim de Bilbao, en Espagne, dessiné en 1997 par l’architecte américain Frank Gehry, est devenu un emblème international d’architecture moderne, car il a contribué au renouveau de cette ville et à sa notoriété. Si ce bâtiment précurseur, conçu en 3D, présente des formes organiques inédites qui contribuent à sa stabilité, sa structure en acier galvanisé supporte des plaques de titane disposées en écailles. Une tout autre expression pour le centre Georges Pompidou, musée national d’art moderne conçu en 1977, à Paris, par les architectes Renzo Piano et Richard Rogers, qui abritait à l’origine cinq plateaux libres modulables, dénués de murs porteurs. Si la structure en acier laqué blanc comporte des poteaux, poutres, contreventements et tirants, les murs rideaux de façade se glissent derrière la fine structure acier laissée apparente. Projet récent et novateur, le musée des migrations Fenix à Rotterdam, aux Pays-Bas qui, doté de trois niveaux d’exposition, a ouvert ses portes en mai 2025. La reconversion de ce mégaentrepôt portuaire historique (1900) en ossature béton a été confiée à l’architecte chinois Ma Yansong du cabinet MAD. Le clou du spectacle du projet tient à l’insertion, en son cœur, d’un escalier scénographié en structure inox qui, dessinant une double hélice de 30 m de haut, mène à une terrasse panoramique offrant des vues incroyables sur la ville et le port. Ce signal bardé d’inox illustre l’intégration de la légèreté et de la robustesse, au sein d’un édifice culturel.
