Lorsqu’il s’agit de concevoir des gratte-ciel, on demande souvent aux ingénieurs de construire “l’impossible”. La construction du Lakhta Center en Russie – le plus haut bâtiment d’Europe et de l’hémisphère nord – a nécessité la participation d’un grand nombre d’ingénieurs créatifs pour relever des défis architecturaux et écologiques.

L’agence de design Gorproject, basée à Moscou, a conçu ce projet complexe de 4,3 millions de mètres carrés, qui est construit sur le front de mer de Saint-Pétersbourg depuis 2011. La tour flotte à 462 mètres au-dessus du golfe de Finlande et servira de siège au groupe gazier russe Gazprom.

Sergey Lakhman, PDG de Gorproject : “Cette conception colossale sera la référence en tant que projet de construction durable et économique du futur. Elle peut résister aux conditions climatiques les plus extrêmes en Europe, tout en dépassant les exigences strictes de la Russie en matière d’énergie et de sécurité”.

Voici les cinq défis d’ingénierie auxquels l’équipe de Gorproject a dû faire face.

1. Conception architecturale iconique

La structure du Centre Lakhta se compose de cinq ailes qui tournent à presque 90 degrés (0,82 degré par étage), de sorte qu’aucun des 89 étages ne soit identique. La géométrie extrêmement complexe de cette sculpture a été traitée à l’aide de la modélisation 3D et du logiciel BIM (Building Information Modeling). Le processus de fabrication d’un gratte-ciel “rotatif” est appelé “cintrage à froid”.

“Parce que nous pouvons courber le verre trempé en toute sécurité jusqu’à une certaine limite, nous formons des murs-rideaux en verre aux courbes convexes. Le cintrage à froid nécessite beaucoup moins d’énergie que le cintrage à chaud, ce qui entraîne une réduction des coûts et une plus grande durabilité du processus de construction”, explique M. Lakhman.

2. Une durabilité de niveau Platinium

En tant qu’acteur mondial sur le marché de l’énergie, Gazprom veut être un exemple de la norme LEED pour la durabilité. Le projet répond à des critères exigeants en matière d’efficacité énergétique, d’économie d’eau et de recyclage, et a finalement obtenu la certification Platinium.

La conception économe en énergie du Lakhta Center met en avant des systèmes de chauffage, d’évacuation des déchets et d’éclairage de pointe et une “façade intelligente” qui réduit la consommation d’énergie. À l’intérieur, les radiateurs infrarouges remplacent les radiateurs conventionnels. La chaleur excédentaire produite est réinjectée dans le système de chauffage.

L’eau de pluie est recyclée pour l’irrigation et le bâtiment utilise un système d’évacuation des déchets par aspiration pneumatique. Un système d’éclairage LED automatisé maximise l’énergie lumineuse à l’intérieur et à l’extérieur.

Comme le centre de Lakhta est situé au centre d’itinéraires de vols d’oiseaux, Gorproject a été chargé de protéger les oiseaux des accidents mortels. “Les oiseaux ont tendance à se glisser dans les vitres réfléchissantes des gratte-ciel parce qu’ils ne remarquent pas la différence entre le ciel et le reflet dans le verre”, explique M. Lakhman. “Grâce à un éclairage architectural assez clairsemé, les oiseaux sont mieux redirigés.”

Qu’est-ce que le BIM ?
Vue aérienne de la tour du Laktha Center sur les rives de Saint-Pétersbourg - © Gorproject

3. Protection contre les conditions climatiques extrêmes

La construction en forme de flamme (d’après le logo de Gazprom) est exposée aux températures glaciales de Saint-Pétersbourg sept mois par an. Ce froid et cette humidité extrêmes font que les nuages se condensent en glace sur la flèche longue de 100 mètres, créant un danger potentiel de chute de glaçons. Afin de prévenir la formation excessive de glace, Gorproject a conçu un système d’anti-givrage sous forme de plaques de gaze métallique réfléchissante couvrant la zone de la flèche.

En été, lorsque la température atteint 20 degrés °C ou plus, la façade à double paroi du bâtiment assure un refroidissement naturel. Les murs sont équipés de volets automatiques qui assurent une ventilation naturelle. Les jours d’hiver ensoleillés, cette zone tampon utilise l’effet de serre pour réduire la charge thermique.

4. Garantir une structure puissante et sécurisée

Pour un bâtiment de plus de 450 mètres de haut, des systèmes complexes de protection contre l’incendie ont été conçus et testés pour répondre à des normes de sécurité strictes. Le centre de la tour Laktha peut résister à un incendie pendant quatre heures sans subir de dommages structurels et la structure reste debout lorsque même dix colonnes de support s’effondrent.

Afin de respecter toutes les mesures de sécurité, Gorproject a développé des modèles 3D pour simuler des scénarios de catastrophes. En renforçant la résistance à l’impact, cela permet d’éviter un éventuel effondrement progressif et de disposer de suffisamment de temps pour évacuer le bâtiment à temps si nécessaire.

Gorproject a développé des colonnes en béton d’acier composite qui sont cinq fois plus résistantes que les colonnes traditionnelles, tout en occupant moins d’espace au sol. La structure en acier forme une sorte de hamac : lorsqu’un plancher s’effondre, les planchers du dessus et du dessous sont en sécurité.

La fondation de la tour compte 264 piliers à 280 mètres du sol et 9 600 tonnes d’armatures métalliques réparties sur quinze niveaux de grilles. Quinze colonnes de stabilisation du périmètre divisent le poids du bâtiment – loin du noyau. Même avec des vents allant jusqu’à 140 km/h, le gratte-ciel reste stable. Pour surveiller en permanence la “verticalité”, Lakhman et son équipe ont conçu un système de contrôle automatisé – le premier du genre – utilisant 3000 capteurs installés dans tout le bâtiment.

5. Une transition en douceur vers la gestion des bâtiments

Après l’utilisation des technologies 2D et 3D – y compris AutoCAD et Revit – Gorproject a livré le modèle BIM à Gazprom pour son utilisation et sa maintenance tout au long du cycle de vie du projet.

“BIM” est la boîte à outils qui a permis d’éviter un grand nombre d’erreurs graves lors de l’installation. Nous avons continuellement travaillé sur les conflits géométriques entre les différents éléments et systèmes dans le processus de conception. Il y avait tellement d’éléments uniques – sur le plan architectural, structurel et technique – que nous avons dû développer plus de 6000 nouvelles familles Revit”.

En fin de compte, la conception du centre de Lakhta a été un énorme défi, mais c’est pour cela que l’équipe du projet Gorproject vit. “Quand on entreprend une tâche aussi ambitieuse, on essaie de donner vie à des objets surréalistes pour qu’ils fassent partie de notre vie”, conclut Lakhman.

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Le modèle 3D complexe de la tour, avec des structures en béton en gris et des structures métalliques en rose - © Gorproject

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