Habiter à grande hauteur : le pari fou de la Burj Khalifa à Dubaï

On assiste à l’émergence de tours dont la hauteur sont des prouesses architecturales, telles que la Burj Khalifa à Dubaï, la Taipei 101 à Taiwan ou encore le Shangai world financial center en Chine.

Quels sont les enjeux techniques de telles constructions ?

Inaugurée en 2010 aux Emirats Arabes Unis, la Burj Khalifa est la tour la plus haute du monde avec ses 828m. Son coût faramineux s’élève à 1,5 milliards et la première pierre fut posée sur le site en Janvier 2004. Conçue par le promoteur dubaïote Emar, il a fait appel à l’agence d’architecture Skidmore, Owings and Merrill dont le siège est basé à Chicago aux USA. Le gratte-ciel est devenu l’emblème de la ville et a permis d’affirmer la puissance des Emirats Arabes Unis sur le marché financier mondial.

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La Burj Khalifa à Dubaï, Emirats Arabes Unis

 

Construite dans le sous-sol sableux du golfe Persique, la structure béton s’élève à 574m de hauteur. Etant donné la composition fragile du sol, à savoir 3 à 4m de couche de sable, puis de grès et enfin de calcaire, la conception des fondations a joué un rôle crucial. De longs pieux cruciformes dont l’adhérence avec le sol est hyper puissante grâce aux frottements ont été construits. On dénombre 192 pieux en béton d’une hauteur de 50m qui soutiennent une base en béton de 3,60m de haut.

La Burj Khalifa pèse plus de 500 000 tonnes et on estime que 330 000 m3 de béton haute performance ont été nécessaire à sa construction. Les ingénieurs ont mis au point un nouveau béton qui mélange vingt-cinq ingrédients. Il doit être très liquide lors de l’acheminement puis se solidifier rapidement. Ce béton très dense peut résister à une compression deux fois supérieure à celle du béton traditionnel. Etant donné qu’il résiste bien à la compression mais supporte difficilement les forces de traction comme celle du vent, la tour est constituée au 2/3 par du béton armé avec des tiges en acier. La méthode de construction utilisée est qualifiée de technique « auto-grimpante ». Dans les moules placés à la base de l’édifice sont introduits des piliers de renfort coulés en béton. Une fois le béton durci, les moules sont montés au niveau suivant et ainsi de suite. Cette technique permet de s’élever de plus d’un étage par semaine.

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Géométrie de la base de la tour en forme d’Y

 

Pour permettre la construction d’une tour aussi haute, les ingénieurs ont du inventer de nouveaux systèmes constructifs. Sa géométrie en forme d’Y est au cœur de la logique constructive et s’adapte aux attentes en terme de programme résidentiel. Ici, un noyau renforcé central et hexagonal est utilisé pour résister aux forces de torsion. Etant trop fin pour atteindre une telle hauteur, il est consolidé par trois ailes dont la lumière naturelle inonde les espaces. La base de la structure est quant à elle plus large pour pouvoir supporter le poids de l’acier et du béton. La structure a ensuite été recouverte d’une façade de verre réfléchissante haute performance pour renvoyer la chaleur et la lumière du désert. Il a fallu 24 348 panneaux individuels pour habiller la façade dont le coût atteint 2000 dollars l’unité comprenant la fabrication, l’assemblage, l’acheminement sur site et le montage.

Le chantier a été titanesque. Comme le rappel David Bradford, le responsable du chantier, il est indispensable de tenir les délais puisque les sommes d’argents engagées sont incroyablement importantes. Des dizaines de milliers d’ouvriers, pour la plupart des Indiens payés entre 5 à 15 dollars la journée, ont travaillé sans relâche. Comme il était trop couteux de faire monter et redescendre quotidiennement cette foule d’ouvriers, un véritable camp de base comprenant toilettes et cantines a été mis en place en hauteur. Les ouvriers ont du travailler de nuit. De jour, à cause de la température trop élevée le béton aurait pris trop vite et bouché les pompes. Trois des plus puissantes pompes du monde ont propulsé le béton liquide jusqu’à 574m de hauteur. La difficulté de mise en œuvre a été augmentée par des vents d’altitude allant jusqu’à 220km/h. Ce facteur a été source de nombreux tests réalisés en soufflerie. Cela a permis trois améliorations aérodynamiques qui ont modifié le design de la tour : la forme des renforts a été adoucie, l’épaisseur de la tour a été affinée en hauteur et une rotation a eu lieu en fonction des vents dominants.

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Technique utilisée lors du chantier dite « auto grimpante »

 

Avec une consommation d’électricité égale à une ville de 20 000 habitants, le gratte-ciel le plus haut du monde comprend sur ses premiers étages un gigantesque centre commercial de 300 000m² qui regroupe des boutiques de luxe. Les quelques dizaines d’étages surplombant l’émirat sont occupés par un hôtel de 160 chambres avec suites ultra select, restaurants, spa de luxe et clubs privés dont Giorgio Armani est le propriétaire. Ce dernier a signé 144 résidences privées situées entre le 9e et le 16e étage. La tour regroupe 900 appartements entre le 19e et 108e étage, vendus sur plan dès 2004 autour de 40.000 euros le mètre carré dans un pays où le prix moyen du bâti était en 2009 autour de 2.783 dollars le mètre carré. La tour compte également quatre piscines, des bibliothèques et 37 étages de bureaux, 60 ascenseurs (les plus rapides du monde avec une vitesse de 18m par seconde). En revanche, dans les luxueux appartements on ne peut ouvrir aucune fenêtre. Les terrasses qui surplombent l’ensemble des tours de renfort ont dû être protégées du vent par de grandes vitres afin que les habitants et touristes ne s’envolent pas…

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Piscine sur la terrasse avec protection contre le vent

 

D’autres projets vertigineux devraient voir le jour. La Mile-High Tower est en construction depuis 2013 et devrait atteindre près d’un km de hauteur à Jeddah en Arabie Saoudite. A Tokyo, la tour M.O.T.H.E.R. de 1.321 mètres et 220 étages est annoncée dans les prochaines années. La même ville accueillera aussi à l’horizon 2050 le projet le plus fou : «X-Speed 4000» d’une hauteur de 4.000 mètres…

REFERENCES :

Documentaire sur le béton

Documentaire sur la construction de la Burj Khalifa

Dossiers :

Article de journaux :

La saga de la plus haute tour du monde – Capital

La plus haute tour du monde – L’internaute

La plus haute tour du monde a atteint son sommet – Le Figaro

Articles de revues :

“Beyond limits”, Architectural record, (Août 2010) par Minutillo Josephine. p. 89-92 Cet article présente de nombreux aspects techniques de la construction de la tour Burj Khalifa de Dubaï : géométrie triaxiale de la structure, noyau hexagonal, orientation par rapport aux vents dominants, béton à hautes performances, amené par pompes hydrauliques dans les coffrages autogrimpants automatiques. D’autres moyens organisationnels ont été mis en ½uvre pour supporter les fortes pressions nécessaires pour l’eau, pour refroidir l’eau par condensation, pour lutter contre les effets de la pression de l’air. Tous les 30 étages environ, un niveau est consacré au fonctionnement du bâtiment : réservoirs d’eau, pompes, traitement de l’air, électricité. Ici, hauteur et climat extrême ont permis le développement de solutions nouvelles.

« On a clear day, you can see Iran from the Burj Khalifa », Architectural review, (2010, février) n°1356 par Melvin, Jeremy p. 19-20 Courte analyse de la nouvelle tour Burj Khalifa; qui culmine à 828m et qui illustre le dilemme entre responsabilité et possibilité de construire des immeuble de très grande hauteur.

Site internet :

Site internet de la Burj Khalifa

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