«Les tours en bois sont d’importants ambassadeurs pour ce matériau de construction»

Avec ses 75 mètres de hauteur, le H1 qui se dresse sur le site Zwhatt à Regensdorf est aujourd’hui l’immeuble résidentiel et commercial de construction hybride bois le plus haut de Suisse. L’ingénieur bois Ivan Brühwiler dévoile dans cet entretien avec Modulart quels ont été les défis auxquels lui et son équipe ont été confrontés lors du développement de la structure porteuse et de la conception de la protection incendie.

Illustrations: Ufuk Düzgün

Monsieur Brühwiler, de nombreuses constructions modernes en bois recourent à des éléments ou des modules préfabriqués en bois. À partir de quelle hauteur ces systèmes atteignent-ils leurs limites?
Ivan Brühwiler (IB): Ce n’est pas seulement une question de hauteur, mais surtout de flexibilité et d’économie. Pour des bâtiments comptant de nombreuses pièces identiques, les modules constituent une solution efficace. Mais des immeubles de grande hauteur comme la tour H1 nécessitent des systèmes porteurs robustes offrant une grande flexibilité en terme d’utilisation des surfaces de plancher. Dès la phase du concours, nous avons donc cherché une solution proposant à la fois le plus grand nombre possible d’éléments identiques, tout en permettant une grande diversité de typologies d’appartements.

Au final, vous avez opté pour des poteaux en bois et des éléments de plafond composites bois-béton. Pourquoi?
IB: Le choix d’une trame régulière de poteaux sur tous les étages a été déterminant. Elle devait permettre d’une part de réaliser des éléments de plafond d’une portée raisonnable sur le plan statique et d’utilisation des matériaux, tout en laissant d’autre part aux architectes une liberté maximale dans la répartition des espaces. Nous avons pu faire cela parce que nous avons été impliqués très en amont du projet. Si les architectes avaient développés leurs plans avant que nous eussions conçu la structure porteuse, nous n’aurions pas pu réaliser une solution aussi efficace.

Cela vaut-il uniquement pour les tours en bois ou aussi pour les constructions en dur?
IB: Avec une construction en béton, il est possible d’adapter la structure porteuse à l’aide de contreventements. Pour les construction en bois, c’est trop coûteux et inefficace. Qui plus est, les constructions en bois ne bénéficient pleinement de leurs avantages intrinsèques que si elle nécessitent le moins possible d’éléments différents lors de la préfabrication. Cela vaut en particulier pour les plafonds composites bois-béton, qui nécessitent des coffrages fabriqués sur mesure.

Est-ce que la protection incendie a constitué un défi majeur pour le H1?
IB: Pas vraiment, car les exigences actuelles en matière de protection incendie sont relativement simples à respecter dans les immeubles de grande hauteur en bois. Pour le H1, nous avons choisi un concept standard avec un système d’extinction. Cela nous a entre autres permis de laisser beaucoup de bois apparent, ce qui donne un caractère spécial aux espaces. D’une manière générale, nous sommes fiers de pouvoir affirmer que la Suisse est en avance sur les autres pays dans les questions de protection incendie dans la construction en bois et que nous disposons même de solutions standardisées.

La construction en bois ne peut tirer pleinement parti de ses avantages que si elle nécessite le moins possible d’éléments différents lors de la préfabrication.

Quels autres défis avez-vous encore dû relever avec votre équipe?
IB: Contrairement à la construction normale d’immeubles résidentiels de cinq ou six étages, la robustesse de la structure porteuse était un enjeu majeur. Il s’agissait en effet de garantir qu’en cas de défaillance de certains éléments importants, comme par exemple un pilier, cela n’entraine pas la perte d’autres éléments, et que le bâtiment ou une partie du bâtiment ne s’effondre. Nous avons donc investi beaucoup de temps et d’attention au développement de cet aspect de la structure porteuse. Les normes suisses se contentent de définir le principe de robustesse, sans préciser les mesures concrètes à mettre en oeuvre. Ce genre de mesures existent en Europe, mais avant tout pour les constructions en acier et en béton armé. Nous nous en sommes inspiré pour développer et mettre en oeuvre des solutions pour la construction bois.

Quelles sont les principales différences entre une construction bois et une construction en béton armé?
IB: Avec le béton armé, la structure porteuse est homogène et donc relativement robuste grâce à son effet porteur biaxial et à la liaison généralement rigide entre les poteaux et les dalles. Mais avec la construction préfabriquée en bois, nous avons affaire à à des assemblages articulés soumis à de fortes compressions. Si un poteau cède et qu’aucune mesure n’a été prise, la robustesse n’est pas garantie. Cela vaut d’autant plus pour les immeubles de grande hauteur, qui figurent dans la classe de défaillance la plus élevée en termes d’exigences relatives à la structure porteuse.

Quelle solution avez-vous trouvé pour le H1?
IB: Nous avons porté une attention particulière aux noeuds entre les piliers et les éléments de plafond. Nous avons veillé à ce qu’en cas de défaillance d’un pilier, les forces verticales et horizontales puissent être transférées au reste de la structure porteuse. En plus des tirants horizontaux et verticaux, nous avons ajouté une rigidité à la flexion entre les éléments de plafond. Grâce au transfert de pression dans la couche supplémentaire de béton et au transfert de traction avec des brides en acier vissées sur les nervures du plafond, nous avons pu prouver que les forces générées peuvent être redistribuées et que la robustesse était donc garantie en ca de défaillance d’un pilier.

Avez-vous pu vous inspirer de solutions existantes?
IB: Non, cette solution nodale était une invention de notre équipe et faisait partie intégrante de l’appel d’offres pour la construction bois. C’est d’ailleurs grâce à notre travail de développement pour le H1 que l’organisation faîtière Economie suisse du bois – Lignum – va publier prochainement un document au sujet de la garantie de robustesse des constructions bois.

Le H1 dispose d’un noyau en béton armé, qui se comporte différemment de la construction en bois adjacente, notamment lors de la période initiale de durcissement et de séchage du bois. Comment avez-vous résolu ce problème?
IB: Nous avons effectué diverses simulations et calculs pour évaluer avec précision le comportement au retrait et au glissement des deux types de construction. Et nous en avons déduit les mesures à prendre: lors de leur installation, les plafonds présentaient par exemple une légère surélévation en direction des façades, qui allait disparaitre une fois que le noyau en béton et les piliers en bois ont atteint leur état final.

Dans le bâtiment H1, du hêtre lamellé-collé a été utilisé pour la première fois à grande échelle pour la structure porteuse. Pourquoi?
IB: Nous avions préalablement testé différents matériaux dérivés du bois: le bois lamellé-collé d’épicéa, le hêtre de construction et le hêtre lamellé. Il s’est avéré que ces derniers possédaient des propriétés statiques similaires. Contrairement à l’épicéa, ils permettent tous deux d’utiliser des piliers plus fins, ce qui se traduit au final par une surface locative accrue. Le maître d’ouvrage a opté pour le hêtre lamellé, notamment pour ses meilleurs résultats en matière de durabilité. Le hêtre lamellé étant un produit innovant qui n’avait encore jamais été utilisé dans des bâtiments aussi hauts ni de cette envergure, nous avons pris des mesures d’assurance qualité externes en collaboration avec la Haute école spécialisée bernoise et la société Neue Holzbau AG. Il s’agissait notamment de tests d’adhérence des joints collés (test de délamination) et de tests de pression sur les éléments clés tels que les piliers soumis à de fortes contraintes.

Le bois de hêtre présente certes de très bonnes propriétés statiques, mais il est sensible à l’humidité quand les éléments de construction sont exposés aux intempéries lors de leur assemblage. Quelles précautions avez-vous dû prendre à ce titre?
IB: Nous avons d’une part utilisé le béton en excès des éléments de plafond comme couche imperméable. Nous avons à cet effet pris des mesures d’étanchéification au niveau des joints et nous avons intégré des écoulements temporaires dans la couche de béton pour évacuer l’eau de pluie vers le bas. Nous avons d’autre part recouvert le bois de hêtre avec une couche protectrice hydrofuge (hydrophobisation), puis protégé le bois contre la pluie sous des bâches et tous les puits verticaux ont été fermés. On peut maintenant affirmer que ces mesures ont fait leurs preuves et les conditions météorologiques n’ont plus posé de problème particulier pendant le montage.

Le projet H1 est fortement orienté sur la durabilité. Est-ce que l’utilisation à grande échelle d’éléments de construction en bois lamellé-collé n’est pas un peu contradictoire?
IB: Un immeuble de grande hauteur en bois ne peut en principe être construit qu’avec du bois collé à cause des exigences de la structure porteuse et à cause des dimensions des éléments de construction. Tous les éléments de construction en bois sont en outre conçus de manière à pouvoir être réutilisés ultérieurement. Les éléments de plafond ou encore les piliers pourront être séparés au niveau des noeuds et réutilisés pour un autre bâtiment, comme par exemple un immeuble de bureaux de plusieurs étages.

Quelle est la principale leçon que vous avez tirée du projet H1?
IB: Si l’on veut planifier un immeuble en bois de manière efficace et économique, il est indispensable de que les architectes travaillent étroitement avec les experts en structure porteuse et en domotique dès la phase 21, c’est-à-dire dès la définition du projet et jusqu’à sa réalisation. C’est la seule façon de trouver des solutions probantes, tant sur le plan conceptuel qu’économique.

Est-ce que les tours en bois sont les tours de l’avenir?
IB: Les tours en bois ont plusieurs avantages, notamment des délais de construction plus courts, un poids réduit et donc des économies au niveau des fondations, ou encore un meilleur bilan carbone. En comparaison avec un immeuble en dur, nous avons économisé 600 tonnes de CO₂ avec le H1. Mais je ne pense pas qu’on construira que des tours en bois à l’avenir. Ce n’est pas nécessaire. Les immeubles de grande hauteur ne  représentent qu’une faible partie des constructions et il vaut mieux utiliser le bois à grande échelle pour des bâtiments de hauteur moyenne, où le bois peut faire valoir pleinement ses avantages dûs à la préfabrication sérielle des éléments de construction.

Les tours en bois restent donc avant tout des objets de promotion pour la branche?
IB: Oui, tout à fait. Ces bâtiments sont des ambassadeurs importants: ils valorisent les performances du bois comme matériau de construction et inspirent confiance à tous ceux qui hésitent encore à construire en bois. Et qui peuvent alors se dire que si cela fonctionne pour la statique et la protection incendie pour des tours, alors cela devrait aussi fonctionner pour des bâtiments plus modestes.

Ivan Brühwiler

Illustration: B3 Kolb AG

À propos de la personne

Ivan Brühwiler est ingénieur bois et expert en protection incendie, ainsi que membre de l’équipe de direction chez B3. Il a supervisé le projet H1 dès la phase de concours et a élaboré avec son équipe les concepts de la structure porteuse en bois et de la protection incendie tout au long des différentes phases du projet.

La tour résidentielle H1

La tour résidentielle et commerciale H1 fait partie du nouveau quartier Zwhatt en cours de construction près de la gare de Regensdorf. Avec ses 75 mètres de hauteur, la tour est aujourd’hui le bâtiment résidentiel le plus haut de Suisse. Elle comprend deux niveaux de sous-sol et trois étages en béton, sur lesquels sont posés 21 étages en construction hybride bois autour d’un noyau en béton armé. Les façades sont composées d’éléments en bois recouverts de métal, sur lesquels sont fixés des panneaux photovoltaïques horizontaux. C’est la première fois que des piliers et de poutres en hêtre lamellé-collé ont été utilisés à grande échelle dans la construction d’une tour. La structure porteuse en bois est composée de poteaux en hêtre lamellé-collé répartis dans une trame de 3,4 mètres sur 7,8 mètres. Du bois de hêtre lamellé-collé a également été utilisé pour les plafonds à nervures en bois-béton composites. Cette méthode de construction a permis à la fois d’utiliser un grand nombre d’éléments de construction uniformes et de répartir de manière flexible les étages avec différentes typologies d’appartements. Les trois premiers étage en béton armé abritent les locaux commerciaux, au-dessus desquels on trouve les 156 appartements de 1,5 à 5,5 pièces.
www.zwhatt.ch

Plans: Boltshauser Architekten AG