Construction en acier

Un modèle de réussite pour une école-atelier

Texte : Peter Seitz / Photos : Julian Salinas et  Michael Buehler

À première vue, vous pourriez penser que vous regardez un bâtiment industriel moderne. Cependant, la toiture à sheds et la façade typique en aluminium ondulé n’abritent aucune machine, mais quelque chose de plus important: la prochaine génération d’opérateurs de machines, c’est-à-dire des élèves. Le bâtiment très compact de cette école-atelier, l’école secondaire de Laufon, est un modèle de réussite. Avec son principe constructif, le cabinet Thomas Fischer Architecte a déjà remporté plusieurs concours, comme celui de l’école Krämeracker à Uster (concours 2008) ou le complexe scolaire Neuhegi à Winterthour (concours 2012) réalisé en 2018.

Une petite parcelle ? Ne désespérez pas

Pour ces bâtiments scolaires, il était essentiel de n’occuper qu’une faible emprise au sol. Après tout, les écoles se situent dans des zones où l’espace n’est ni bon marché ni abondant. L’école de Laufon a été construite en remplacement des bâtiments existants, datant de 1963 et de 1972, l’enseignement dans ce dernier s’étant maintenu pendant la phase de construction sans mesures provisoires. Le nouveau bâtiment ne disposait donc que d’une petite emprise sur la parcelle scolaire de 13 065 m ² . Il est conçu pour abriter 18 classes et a  ésormais une emprise au sol de 2635 m ² pour un volume bâti de 20 338 m ³ . Pour atteindre la surface utile requise et sa surface de planchers de 8421 m ² , les architectes ont superposé les différents usages les uns sur les autres. Les locaux présentant un intérêt pour le public, comme les salles de sport ou les salles polyvalentes, sont facilement accessibles au rez-de-chaussée ou au sous-sol. Ainsi, leur usage est simple, même après la fin des cours. Au-dessus, on trouve les espaces d’apprentissage. Pour assurer un bon éclairage à l’intérieur du bâtiment, ceux-ci sont couverts de toits à sheds. Les bandes de lumière orientées au nord dans ces toits créent une atmosphère de studio ou d’atelier.

 

Un système statique haut comme deux étages

La disposition des pièces les unes sur les autres entraîne un problème d’ingénierie classique : en dessous, un hall qui s’étend sur près de 30 m, et au-dessus, des charges générées par l’usage intensif des salles de classe. Pour éviter des poutres trop volumineuses, les concepteurs ont résolu ce problème avec des poutres à treillis en acier – et quelles poutres ! Les cinq poutres à treillis enjambant la salle de sport double et l’auditorium sont hautes de deux étages (5946 mm) et constituent en même temps les plans des murs portant les ouvertures de la toiture à sheds. Leur fonction porteuse de la dalle de la salle de sport et support du plancher élevé du deuxième étage n’attire pas nécessairement l’attention au premier regard. La grande hauteur structurale des éléments en treillis a permis de réduire les sections transversales nécessaires. Les membrures supérieures de ces grandes poutres sont des profilés HEB 400, et les diagonales utilisent des profilés HEA 200, HEA 300 et HEB 300. Pour des raisons de statique et de protection contre la corrosion, les faces latérales des profilés sont soudées de manière étanche au gaz avec des tôles d’acier d’une épaisseur de 15 ou 10 mm. La soudure réduit également la surface du revêtement coupe-feu. La membrure inférieure est formée par des poutres avec profilés HEM 180 coulées dans le béton de la dalle de la salle de sport. Des goujons connecteurs soudés à l’âme assurent la liaison nécessaire. Les traverses en profil creux carré (RRW 200 × 200) installées entre les diagonales ressortent particulièrement. C’est sur celles-ci que reposent le point bas de la toiture en sheds. Selon l’architecte Thomas Fischer, l’idée statique de la poutrelle métallique haute comme une pièce enjambant les espaces publics est la réponse à un problème d’urbanisme et à la question typologique associée. La structure porteuse, élégamment intégrée à l’école de Laufon, permet donc de mettre en œuvre le programme comme une école pavillonnaire « entre le gymnase et le ciel». Les espaces pédagogiques au deuxième étage sous la toiture en sheds mesurent 45 × 57 m.

 

Comme les grandes poutres à treillis n’enjambent que la salle de sport et l’auditorium, elles sont complétées par des treillis plus petits qui ne supportent que le toit. Sur le côté sud du bâtiment, elles offrent des possibilités d’extension par des bâtiments sans poteaux pour de futurs espaces pédagogiques. Ces petites poutres n’utilisent que des profilés creux carrés. Des RRW 200 × 200 10 forment les membrures supérieures et inférieures, des RRW 120 × 120 8 les diagonales. Les charges de toutes les poutres à treillis sont transférées aux étages inférieurs via des poteaux. Chacun d’eux est constitué des mêmes profils que les poteaux des poutres qu’il porte, HEB 300 avec BLE 10 soudés pour les grandes poutres, RRW 200 × 200 pour les petites. Les contreventements sur les poteaux de façade en acier au premier étage et au rez-de-chaussée se chargent de raidir le plan mural. Selon la charge, ces diagonales seront des HEA 200, HEB 240 ou des HEB 300. Les poteaux s’épaississent également au fur et à mesure qu’ils s’approchent du sol : d’un HEA 240 à un HEB 300. En plus des poteaux et des contreventements, le sous-sol comporte également des panneaux muraux porteurs continus massifs. Les murs extérieurs en contact avec le sol et la dalle de sol y sont en béton étanche. Le terrain n’ayant qu’une capacité portante limitée, les charges s’exerçant sur les poteaux ou sur les murs sont transférées à la roche calcaire de la formation de Balsthal via des pieux forés de 12 m de long. Lors d’un tremblement de terre, les charges seraient transférées aux pieux forés via les contreventements.

 

La construction métallique ouvre le champ des possibles

L’absence de murs porteurs au rez-de-chaussée et aux étages supérieurs assure un large éventail d’usages futurs. Les espaces ouverts ainsi créés font 30 × 9,20 m. Selon Thomas Fischer et le bureau d’études Schnetzer Puskas, la structure en acier de l’école de Laufon est conçue comme une cage thoracique pragmatique et puissante, support d’une appropriation par l’usage et les changements d’usage permis par des contraintes systémiques modérées.

 

L’efficacité grâce au pré-assemblage

Alors que les planchers du bâtiment ont été coulés sur place, les poteaux en béton sont arrivés préfabriqués sur le chantier. L’efficacité s’est vraiment fait sentir avec les poutres à treillis en acier. Certaines d’entre elles ont été préfabriqués en atelier et boulonnées sur le chantier. Une fois assemblées, les grandes poutres mesurent 5,60 m de haut pour 30 m de long, tandis que les poutres de toiture elles-mêmes mesurent 2,50 m de haut. Les différentes poutres ont été assemblées par boulonnage. Tout comme la structure métallique, la toiture a été également préfabriquée. La toiture en bois a pu être assemblée rapidement avec la structure métallique.
Les panneaux de toiture stabilisent les membrures supérieures des poutres en compression dans le sens horizontal. La couverture du toit est en tôle d’acier inoxydable ventilée. Les toits en pente étant orientés au sud, un système photovoltaïque a été adjoint à la toiture. ■