L’immeuble de bureaux multi-fonctionnel « The Cradle » est considéré comme l’un des premiers bâtiments conçus dans l’esprit de l’économie circulaire « Cradle to Cradle » (du berceau au berceau). L’objectif était de concevoir les éléments de construction de manière à ce qu’ils soient jusqu’à 90 % déconstructibles et réutilisables au terme de leur utilisation. L’immeuble mesure 48 m de longueur, 26 m de largeur et 22 m de hauteur et se dresse aujourd’hui avec sa façade ornementale dans le port des médias de Düsseldorf. Sur un sous-sol et un rez-de-chaussée en béton armé se succèdent cinq étages pleins et un étage échelonné en construction bois pré-assemblée. L’apparence marquante du bâtiment repose sur une structure de façade en forme de losanges qui, protégée derrière un vitrage, réunit le design du projet et l’ingénierie de la structure porteuse, tout montrant extérieurement que The Cradle est une construction en bois. Les éléments de façade préfabriqués, semblables à des poutres en treillis, font ici office de structure extérieure supportant les charges verticales et horizontales. Les parties en forme de losanges ou de V des éléments sont en bois de mélèze lamellé-collé, tandis que les poutres de bordure de façade, qui encadrent horizontalement les parties en V, sont en bois d’épicéa lamellé-collé. Les éléments pesant jusqu’à six tonnes mesurent au maximum 17,20 m en longueur, 3,49 m en hauteur et 1,09 m en profondeur.

Une nouveauté mondiale : connecteur emboîtable sans colle avec cale d’assemblage en BauBuche

L’assemblage des différents éléments de façade en treillis est réalisé à l’aide d’un connecteur emboîtable sans colle, spécialement conçu à cet effet. Combiné à un maximum de préfabrication et de pré-assemblage des éléments de construction en bois, ce connecteur emboîtable permet un démontage futur très simple. Ce connecteur emboîtable est constitué d’une plaque d’acier soudée sur le dessous, avec une cale d’assemblage en BauBuche sur le dessus, qui assure le renforcement et le transfert de charge entre les supports et qui transfère les forces parallèles et de cisaillement dans l’élément adjacent. Ainsi, la cale d’assemblage en BauBuche n’a pas été collée et/ou vissée sur la plaque, comme c’est l’habituelle, mais simplement positionnée dans des creux préparés de la plaque d’acier. Le BauBuche a été choisi ici en raison de ses qualités matérielles contrôlées, à savoir sa capacité de charge et sa résistance, avec environ 15 pour cent de couches transversales et une grande stabilité à la déformation. Ces connecteurs emboîtables dotés de la cale d’assemblage en BauBuche sont disposés sur les points de jonction inférieur et supérieur des éléments de façade en losanges.

Montage à l’aide d’une structure de levage en acier

Les éléments de façade en losanges, conçus par CAO et fraisés au millimètre près par des machines CNC à 5 axes, ont déjà été dotés, en usine, par le groupe DERIX de pièces en acier et d’un bardage de protection-incendie. Lors du montage à Düsseldorf, les éléments de façade en losanges ont fait l’objet d’un montage purement mécanique à l’aide de connecteurs emboîtables sans colle ni vis, puis ils ont été posés pour former la structure de la façade. La nouveauté de principe de construction réside dans le fait que cet assemblage d’éléments ne fonctionne que par le propre poids des éléments les uns entre les autres. Ce principe est né de l’idée du démontage facile et de la réutilisation future. Car des éléments collés et vissés entre eux sont difficiles à séparés proprement après des décennies d’utilisation. Ce nouveau type de connecteur emboîtable pour éléments de construction a également donné lieu à un nouveau type de montage pour que les connecteurs emboîtables ne se désarticulent pas lors de la pose. Ce qui a donné une construction soulevée en acier, dans laquelle les composants sont soulevés par le bas et abaissés sur le point de montage. Au final, la charge augmentait à chaque poutre de façade en losanges mise en place et, par la pression du propre poids des éléments les uns sur les autres, la stabilité de l’ensemble de la construction augmentait aussi.

Structure porteuse interne également en BauBuche

En raison des charges élevées des cinq étages supérieurs, la structure porteuse interne est également constituée de bois dur haute résistance. La trame de construction des étages supérieurs donne des portées comprises entre 6 m et 7,15 m. La charpente en bois est constituée de poteaux en BauBuche carrés de 3,50 m de haut (l = h = 40 cm) et de poutres en BauBuche mesurant jusqu’à 6,80 m de long (l x h = 40 cm x 56 cm), chacune de la classe de résistance GL 75h.

Au fil du montage se répétant d’étage en étage, 14 poteaux internes en BauBuche ont d’abord été posés sur le plancher en béton armé autour des noyaux d’accès. Suivait ensuite tout autour l’édification de la structure de façade en forme de losanges qui a duré environ une semaine pour chaque étage. Ensuite, 18 poutres en BauBuche ainsi que trois poutres en acier ont été posées. Ces dernières courent entre les deux noyaux d’accès et relient la structure en béton armé à la structure porteuse en bois. Les planchers en bois massif, constitués d’éléments en bois lamellé-collé préfabriqués en usine, ont ensuite été posés et fixés sur la structure de façade à l’aide de vis entièrement filetées. Cette procédure de montage de gros œuvre qui a duré environ quatre semaines s’est répétée à chaque étage supérieur de sorte que les six étages supérieurs ont pu être édifiés en six mois environ.

Plateforme de documentation Madaster

La planification du berceau repose sur des modèles CAO qui ont bénéficié d’un développement interdisciplinaire et qui ont été optimisés à l’aide de simulations. Ce qui a donné un modèle IFC (Industry Foundation Classes) servant de base pour le processus intégral BIM (Building Information Modeling) dans lequel tous les composants et matériaux ont été incorporés dans ce que l’on appelle un « passeport matériaux BIM », ou Bâti Immobilier Modélisé. Et ce qui a donné une sélection de matériaux optimisée et précise avec des numéros de composants individuels et une documentation simultanée pour un démontage ultérieur. La classification ainsi établie des éléments de construction a été réalisée sur la base de critères définis tels que la démontabilité, le bilan CO₂ et la recyclabilité. Par la suite, ce modèle IFC a été téléchargé sur la plateforme Madaster pour déterminer la valeur résiduelle des matières premières et la circularité des matériaux et matières premières utilisés dans le bâtiment. Cette plateforme de documentation, dont le nom n’est pas sans rappeler celui d’un cadastre, retrace l’ensemble du cycle de vie des composants, depuis la fabrication, l’installation et l’utilisation, jusqu’à la démolition. Le Cradle est le premier projet de construction dans les pays germanophones à être enregistré de cette manière.

Principe circulaire et obligation de reprise

Par ailleurs, certains produits de construction ont été loués auprès des fabricants afin de pouvoir être restitués après utilisation. Dans cet esprit, l’entreprise de construction bois, le groupe DERIX, a été le premier fabricant des pays germanophones à mettre en œuvre le principe circulaire sous la forme d’une obligation de reprise pour ses produits de construction bois normés mis sur le marché de la construction. Les éléments de construction bois sont repris à la fin de la durée de vie du bâtiment et transformés pour de nouvelles constructions et projets de construction. Ce qui est crucial ici, c’est la documentation 3D entièrement numérisée, qui permet aux futurs utilisateurs de rechercher les composants qui leur conviennent avec une très grande précision. L’objectif est d’établir cette procédure dans l’ensemble du secteur de la construction, sachant que la construction bois est pionnière et ouvre la voie à une économie de construction circulaire. Pour que les taux de reprise restent élevés, on a utilisé des connecteurs secs et simples dans le processus d’étude. Les connecteurs emboîtables haute performance sans colle en BauBuche jouent un rôle important à ce sujet.

text by: Susanne Jacob-Freitag en coopération avec Marc Wilhelm Lennartz

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Photos : Derix-Gruppe, Derix-Gruppe/Ralph Richter, Ansgar van Treeck

Plans : Derix-Gruppe