Combinaison des aspirations architecturales et des principes structurels pour la Cité des Affaires

Pour l'architecte, ce bâtiment en forme de serpent aztèque, se caractérise par des volumes tantôt attachés au sol, tantôt aériens. Il présente deux grandes portes et un troisième porche en porte-à-faux qui font la singularité de cet immeuble de bureaux. ArcelorMittal a livré des poutrelles structurelles et des solutions de plancher composites pour ce projet moderne.

Information détaillée

Objectifs du projet

La « Cité des Affaires » de Saint-Etienne se situe sur l’Ilot Grüner dans le quartier de Châteaucreux. C’est un immeuble de bureaux destiné à accueillir principalement différentes administrations mais aussi des entreprises privées.

Le bâtiment s'étend sur huit étages plus la mezzanine, avec un restaurant d’entreprises en rez-de-chaussée et un parking souterrain sur 4 niveaux et de 402 places de stationnement. Il pourra accueillir 1.500 postes de travail. 

La parcelle attribuée pour le projet est située à proximité de la gare de Saint-Etienne, dans un quartier qui devait subir des  changements et une intensification active.

Pour aborder ce futur, l'idée était de créer un volume continu mais sinueux qui repose parfois sur le sol et qui se détache parfois de celui-ci pour former de grandes passerelles et des surplombs au-dessus du site..

La continuité de cette volumétrie permet d’assurer une excellente flexibilité : A tout moment les utilisateurs peuvent s’organiser entre eux pour diminuer ou agrandir leurs surfaces, les unes au profit ou au détriment des autres. 

Ce projet en «serpent aztèque» exprime ce mouvement ondulant qu'il adopte quand il repose sur le sol ou se lève dans de grandes passerelles, qui offrent une ouverture à l'extérieur. Il existe trois passerelles gigantesques offset, offrant des vues et le transit pour les piétons dans toutes les directions.

Ce volume est vitré sur trois façades et  jaune sur le quatrième: comme une mise en relief lumineuse, la façade jaune illumine l'intérieur du complexe et accentue la lisibilité générale des angulations.

Le système de construction comprend des poteaux et des poutres en béton pour les planchers de bureaux avec des murs de charpente en béton pour les espaces donnant sur la place, une ossature en acier pour le portail ou des pièces en porte-à-faux et un mur-rideau sur la façade  du cote de la rue et une ouverture et un  mur-rideau en béton donnant sur la place.

Description générale du bâtiment

Le bâtiment abritant la future "Cité des Affaires" de Saint-Etienne s'élève dans l'enveloppe spatiale d'un parallélépipède presque rectangulaire d'environ 108 m de long, de 44 m de large et d'une hauteur maximale de 35 m.

Ce parallélépipède intègre des évidements et des creux à la suite de: 

-    l'incorporation de toits plats à différentes hauteurs par rapport aux sections principales du bâtiment,

-    pénétration par une rue intérieure créant ainsi deux ailes longitudinales, l'une située le long de la rue Bérard et l'autre le long de la rue de la Montat,

-    la création d'une place au coin de la rue de la Montat et de l'avenue Grüner au moyen d'un évidement dans l'aile Montat, du rez-de-chaussée au troisième étage,

-    la création de deux porches, un à travers l'aile Montat et l'autre à travers l'aile de Bérard, en créant une ouverture dans chacune de ces deux ailes, sur une largeur de 20 m du rez-de-chaussée jusqu'au troisième étage dans un cas et jusqu'au quatrième étage dans l'autre.

On obtient ainsi une suite  de bâtiments accolés qui se développent le long de la rue intérieure et forment selon les cas:

 

- une section de bâtiments reposant sur les éléments d'infrastructure, avec un plan de hauteur de bâtiment allant de 4 à 10 étages,

- deux sections de portail couvrant les porches sur une largeur de 20 m,

- une section en porte-à-faux située au-dessus de la place au bout de l'aile de Montat avec un surplomb d'environ 19 m, tournant au-dessus de la rue intérieure jusqu'à l'aile de Bérard avec un surplomb d'environ 25 m.

Principes techniques de la superstructure

Si la volonté architecturale a été de créer un continuum visuel comme un ruban qui se déploie, il y a en fait 3 principes structurels différents selon le « corps » de bâtiment considéré :

  • Corps de bâtiment reposant sur les infrastructures
  • Corps de bâtiment « pont »,
  • Corps de bâtiment « porte-à-faux ».

Corps de bâtiment reposant sur les infrastructures:

L’ossature de ces corps de bâtiment est en béton armé ; elle comprend des noyaux de circulations verticales (escaliers, ascenseurs, gaines) et des planchers à ossature poteaux-poutres-dalles pleines. Les poteaux et voiles sont repris par les verticaux porteurs des infrastructures. 

Corps de bâtiment « ponts »:

L’ossature de chacun de ces deux bâtiments « ponts » se décompose en deux parties:

  • le niveau inférieur du bâtiment pont assure la fonction structurelle de franchissement des charges au-dessus du porche ; il comprend sur quatre files (deux files en façades et deux files intérieures) des poutres treillis en acier à nœuds encastrés dont la membrure basse est située dans le plancher bas du niveau inférieur tandis que la membrure haute est située dans le plancher haut du niveau inférieur. Les diagonales des treillis sont donc situées dans le volume du niveau inférieur des ponts, derrière les façades et le long des circulations intérieures. Les planchers hauts et bas du niveau inférieur sont constitués de solives en acier et de bacs collaborants avec une dalle de compression en béton armé, et reposent sur les quatre poutres-treillis,
  • les niveaux supérieurs dont l’ossature est en béton armé composée de poteaux, poutres et dalles pleines, les poteaux reposant sur les  poutres treillis du niveau inférieur du pont.

Section de bâtiment en porte-à-faux

L’ossature du porte-à-faux est composée d’une charpente acier et de planchers en bacs collaborant avec une dalle de compression en béton armé sur solives en acier.La charpente acier assure la rigidité du porte-à-faux dans ses deux directions (porte-à-faux principal dans l’axe de l’aile Montat et porte-à-faux secondaire dans l’axe perpendiculaire à l’aile Bérard) et le report des charges vers les voiles et les noyaux béton armé des bâtiments reposant sur les infrastructures en extrémité des ailes Montat et Bérard.

Les efforts verticaux  gravitaires de l’ossature en porte-à-faux à transmettre dans ces conditions se décomposent :

- en des compressions inclinées transmises aux voiles d’appui disposés en rives des porte-à-faux par des bracons mis en œuvre dans chacune des deux directions sur quatre files (deux files en façade et deux files intérieures),

- en des tractions horizontales transmises par des poutres disposées dans l’épaisseur des planchers aux noyaux en béton armé qui reprennent également la composante horizontale des compressions inclinées transmises par les bracons sur les voiles d’appui.

Ces noyaux assurent donc la stabilité générale de l’ensemble  sous l’effet de l’excentricité des charges gravitaires de l’ossature en porte-à-faux par rapport à ses fondations.

Des éléments de triangulation en acier sont disposés en complément dans les planchers pour assurer le monolithisme transversal de l’ossature du porte-à-faux tant localement que globalement (anti-flambement des bracons, reprise des efforts horizontaux du vent, etc…).

Infrastructure

Les ouvrages de superstructures décrits ci-dessus reposent sur deux niveaux d’infrastructures à usage de parkings, archives et divers ; l’ensemble est fondé sur des pieux en béton armé ancrés dans le substratum schisteux à schisto-gréseux, au-dessous des couches karstiques des schistes charbonneux.

Une façade Haute Performance

La conception de façade a été faite pour répondre à un contexte architectural, programmatique, géographique et économique, et aboutir à des performances thermiques de premier plan.

Le principe des façades est fondé sur la complémentarité d’une peau vitrée et d’une peau minérale où chacune d’elle remplit sa fonction, et sur la variation des performances énergétiques, thermiques et spectrophotométriques de l'enveloppe, suivant les différentes orientations géographiques et urbaines du projet. 

Une capacité thermique accrue obtenue grâce à :

- de grandes surfaces de doubles vitrages à lame d'argon de 16 mm très performants thermiquement qui concilient la lumière et l’isolation thermique du fait de bonnes propriétés spectrophotométriques TL 60%, FS 31%, Ug = 1,1 W/m².°C.

- une optimisation sur la façade en mur rideau grâce à une alternance de modules vitrés et opaques qui permet d’obtenir un Ucw global = 1,5 W/m².°C. Les modules opaques représentent 30% des 10.000 m² de surface totale de la façade mur rideau,

- des panneaux sandwich constitués (de l’extérieur vers l’intérieur) par un panneau aluminium anodisé, d’un isolant thermique et acoustique et d’une tôle acier thermo-laquée

- un principe constructif du mur rideau qui est basé sur une structure constituée de cadres préfabriqués indépendants réalisés à base de profils fins en aluminium à rupture de pont thermique, permettant de parfaitement maîtriser la perméabilité à l'air de celui-ci.

- un confort supplémentaire obtenu par l’utilisation d’une paroi minérale dans laquelle sont implantés des châssis indépendants qui crée un apport d’inertie sur les façades de la rue intérieure.

- Sur la façade minérale, (façade porteuse en béton de 20 à 40 cm d’épaisseur) dont l’isolation est intérieure, des châssis vitrés au nu extérieur sont disposés de façon aléatoire. Le vitrage est identique à celui du mur rideau et a donc les mêmes performances thermiques.

Un apport lumineux conséquent

Cet apport lumineux, qui permet des conditions de travail agréable, est assuré sur la façade en mur rideau par :

- un choix de vitrages adaptés pour répondre aux différentes contraintes d’exposition, ainsi les façades non exposées au soleil ont reçu un vitrage plus clair avec un apport lumineux dont la TL s’élève à 75%.

- l’optimisation des embouts de plancher sur la façade en mur rideau en sous face qui permet d’obtenir des vitrages toute hauteur, laissant la lumière pénétrer plus profondément à l’intérieur des bureaux, ce qui contribue ainsi à la réduction de la consommation pour l'éclairage artificiel.

- l’optimisation de l’apport lumineux grâce à une disposition des châssis vitrés sur le nu extérieur de la paroi minérale permettant ainsi la diffusion lumineuse par la réflexion sur les tableaux et appuis,

- une meilleure répartition lumineuse à l’intérieur des plateaux, à partir d’une variation de l’implantation des châssis vitrés par rapport aux planchers, châssis qui sont en plus disposés suivant un format vertical ou horizontal.

Information sur le projet

  • Saint Etienne
  • France
  • Architecte:
    Manuelle Gautrand
  • 2008-2010
  • BET:
    Debray Ingénierie - Khephren - Arcora
  • Contractant:
    Altaréa-Cogedim, Baudin-Châteauneuf
  • Photographe:
    ©Philippe Ruault, ©Vincent Fillon