Quelle hauteur pouvons-nous construire ? Matériaux et méthodes de construction pour les gratte-ciel du futur

De nombreux urbanistes prédisent que d'ici 2050, plus de 6 milliards de personnes vivront dans les villes, et dans les endroits où la construction vers l'extérieur n'est pas une option, la seule façon de suivre la densité croissante est de construire. Construire plus haut s'accompagne toujours de nombreux défis et d'une concurrence pas si subtile pour les cabinets d'architecture pour que leur nom soit lié aux plus grands bâtiments. Presque aussi vite qu'un bâtiment est nommé l'un des plus hauts du monde, un autre fait son chemin vers la planche à dessin, prenant le titre quelques années plus tard. Alors que le ciel est la limite, quel impact cela a-t-il sur la constructibilité des projets, et quelles prouesses de méthodes et de matériaux de construction nous ont permis de construire dans les nuages ?

Tout d'abord, il est important de comprendre comment définir techniquement les immeubles de grande hauteur. Le Conseil des immeubles de grande hauteur et de l'habitat urbain (CTBUH) définit deux sous-groupes de bâtiments qui atteignent des hauteurs importantes. Un bâtiment "supertall" est défini comme étant de 300 mètres (984 pieds) ou plus, et une structure "megatall" atteint au moins 600 mètres (1 968 pieds) de haut. Au rythme actuel, au moins un gratte-ciel supertall est achevé chaque année, avec 132 gratte-ciel supertall ayant achevé leur construction en juin 2020. Le Burj Khalifa est toujours le plus haut gratte-ciel du monde, mesurant 2 722 pieds, soit un peu plus d'un demi-mile. Récemment, après 8 ans de construction, le Merdeka 118 en Malaisie a terminé sa construction et mesurait seulement 500 pieds de moins que le Burj Khalifa. Il est prévu que le premier bâtiment au monde d'une hauteur d'un mile pourrait être achevé dans les 30 prochaines années, entraînant également une nouvelle tendance de bâtiments de plus de 3 200 pieds de haut.

Les immeubles de grande hauteur présentent toutes sortes de problèmes mécaniques et structurels. Combien de temps les gens attendront-ils un ascenseur lorsqu'ils se rendront du hall au 200e étage ? Comment les méga-édifices résisteront-ils aux forces naturelles que nous pouvons prédire et à celles que nous ne pouvons pas ? Bon nombre de ces problèmes sont résolus en piratant les matériaux et systèmes modernes que nous connaissons déjà et en créant ceux qui soutiennent une industrie de la construction innovante.

L'un des principaux problèmes lors de la construction de structures hautes est la capacité de garder les matériaux de construction à proximité du site, car l'empreinte du bâtiment et la zone environnante sont généralement petites, en particulier dans les zones urbaines. Cela crée des problèmes pour la construction des éléments de charpente, car les panneaux préfabriqués sont souvent amenés sur le site à mesure qu'ils sont terminés en raison de leur incapacité à être stockés. Cependant, de nombreux entrepreneurs utilisent maintenant un processus de construction de murs inclinés, leur permettant de couler et d'assembler les panneaux sur place et d'utiliser une grue pour les mettre en place.

Les gratte-ciel se tournent également vers des alternatives en acier, mais à mesure qu'un bâtiment augmente en hauteur, son poids devient un problème important. L'aluminium offre une alternative légère grâce à son processus d'extrusion facile qui lui permet de se conformer à une variété de formes pour presque toutes les conceptions de façade. Il réagit également bien aux contraintes des éléments structurels internes et aux forces extérieures telles que les changements rapides de température et les perturbations sismiques causées par les tremblements de terre. La fibre de carbone est un autre matériau émergent, également léger, mais il comporte de longs brins qui sont entrelacés pour former une structure semblable à un tissu. En conséquence, il est nettement plus résistant que l'acier, ce qui lui permet d'être mis en œuvre dans des bâtiments qui reçoivent des charges à fort impact. Les fibres de carbone font déjà leur chemin dans les éléments préfabriqués en béton. En plaçant le treillis dans le mélange de béton au lieu du treillis en acier traditionnel, le poids total de l'unité structurelle diminue, ce qui lui permet d'être soulevé en place en toute sécurité et sécurisé en sachant qu'il conserve une intégrité structurelle importante.

Des idées encore plus tournées vers l'avenir sont à quoi pourrait ressembler l'avenir du béton. Le béton est resté pratiquement inchangé pendant des centaines d'années. Bien qu'il soit extrêmement durable, de nombreuses personnes font pression pour de nouvelles alternatives car il continue d'être une source majeure d'émissions de CO2. Certains chercheurs se penchent sur les bio-bétons, qui ont la capacité de guérir leurs propres fissures en ajoutant des bactéries calcaires qui peuvent prolonger la durée de vie du béton jusqu'à deux cents ans. Même le bois, qui semble peu susceptible d'être utilisé comme élément structurel majeur dans une structure de grande taille, trouve une nouvelle vie dans les structures en bois lamellé-croisé qui lui confèrent une résistance comparable à celle de l'acier. Pour démontrer les capacités du bois, Sumitomo Forestry, une société de conception basée au Japon, a récemment révélé son intention de construire une structure en bois de 350 mètres de haut à Tokyo. Des bâtiments plus hauts sont à l'horizon, et les matériaux et les méthodes de construction rattrapent rapidement leur retard pour pouvoir faire de ces rêves d'un kilomètre de haut une réalité.

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Note de l'éditeur:Cet article a été initialement publié le 09 août 2022.