Perspectives d'avenir : tendances mondiales en matière de construction de gratte-ciel

Achevé en 2009, le plus haut bâtiment du monde reste le Burj Khalifa des Émirats arabes unis à Dubaï (Photo : AdobeStock)

Même si les temps ont changé, certaines choses doivent rester les mêmes.

Dans le secteur de la construction de grande hauteur – du coffrage/ossature aux grues à tour et aux nouvelles technologies – la modernisation a été progressive, mais il faut probablement s'y attendre de la part d'un secteur de l'industrie qui a toujours exigé l'utilisation des meilleures méthodes avancées pour parvenir à une fin efficace.

Alors, où a changé la construction de gratte-ciel ? Dans les détails.

Qu'il s'agisse d'entreprises se tournant vers la réalité virtuelle ou la modélisation par numérisation, perfectionnant des plates-formes, des ascenseurs et des grues autonomes, ou adoptant simplement la collaboration via des outils numériques, la pratique de construction de gratte-ciel, vieille de près de 140 ans, est plus passionnante que jamais.

Le super-haut de 2 km de Riyad

Annoncé fin 2022, la capitale de l'Arabie saoudite, Riyad, prévoit de faire de la place pour une tour étonnamment massive de 2 000 m de haut (6 562 pieds de haut), qui dépasserait de plus d'un kilomètre le plus haut bâtiment actuel du monde (Burj Khalifa des Émirats arabes unis à Dubaï) ; Burj Khalifa mesure 828 m de haut (2 717 pieds de haut).

L'Architects' Journal de Londres a rapporté en mars 2024 que le cabinet d'architecture britannique Foster + Partners travaillait sur ce projet de plusieurs milliards de dollars.

Aucun projet n'a encore émergé et le projet n'a pas été approuvé ou financé publiquement, mais si la construction démarre, celle-ci sera difficile à manquer à Riyad ; la plus haute tour actuelle de la capitale de l'Arabie saoudite est la tour PIF à 385 m (1 263 pieds).

Ailleurs, l'État américain de l'Oklahoma est classé 34e parmi les 50 États du pays en termes de densité de population globale, mais cela n'a pas empêché sa plus grande ville et capitale, Oklahoma City, de prévoir de construire la plus grande tour du pays (et du continent).

Un rendu de la « Legends Tower », une tour de 580 mètres de haut qui devrait être construite au centre d'Oklahoma City. Si elle est un jour construite, la structure serait la plus grande d'Amérique du Nord (Photo : AO)

Le Boardwalk de Bricktown est un projet de construction majeur à Oklahoma City qui vise à ajouter des logements et des complexes touristiques ainsi que des lieux de divertissement au centre-ville. Le plan comprend la construction de trois tours d'environ 107 m (350 pieds) et d'une quatrième de près de 600 m de haut (près de 2 000 pieds).

À l'origine, une tour plus courte que l'actuel leader du pays (One World Trade Center à New York) avait été proposée à 533 m (1 750 pieds), mais une annonce du promoteur du projet en janvier indiquait qu'un nouveau projet visant à ériger un gratte-ciel de 581 m (1 907 pieds) et de 134 étages avait, prétendument, reçu un financement complet d'environ 1,5 milliard de dollars américains.

Les spéculations vont bon train sur la faisabilité et les possibilités pratiques d'une telle construction. Certains critiques ont suggéré qu'il était peu probable qu'elle atteigne sa hauteur maximale.

Quoi qu'il en soit, la promenade de Bricktown sera construite, même si sa capacité sera réduite. Si les tours de 1 907 et 1 750 pieds sont refusées, le projet se poursuivra avec un complexe de quatre tours d'environ 350 pieds (107 m) chacune.

La suprématie des super-grands bâtiments chinois

Jusqu'à récemment, la Chine surpassait tous les autres pays en matière de construction de gratte-ciels, avec plus de 3 000 bâtiments de plus de 150 m de haut. Le pays le plus proche est les États-Unis avec environ 900. Les problèmes de liquidité et les allégations de permis de construire obtenus illégalement par le promoteur immobilier chinois Evergrande, ainsi que la limitation de la hauteur des gratte-ciel à 500 m introduite en 2021 ont freiné l'appétit pour les immeubles de grande hauteur dans le pays. Mais plusieurs projets de grande envergure sont toujours en cours.

Le Centre international terre-mer de Chongqing, en Chine, devrait ouvrir ses portes cette année. Il a été inauguré fin 2022. La structure de 458 m de haut a été conçue par KPF (Kohn Pedersen Fox Associates) et constitue le point d'ancrage d'un complexe de trois bâtiments dans le sud-ouest de la Chine.

China Construction Third Engineering Bureau Co a agi en tant qu'entrepreneur principal et Arup a travaillé en tant qu'ingénieur en structure sur le bâtiment composite béton-acier.

À Nanjing, deux tours de hauteur comparable sont actuellement en construction et devraient ouvrir en 2025. La plus petite des deux, la HeXi Yuzui Tower A, devrait atteindre une hauteur de 498,8 m (1 636 pieds). L'immeuble de bureaux sera à peine un mètre plus bas que le Greenland Jinmao International Financial Centre (499,9 m), qui sera situé à proximité de la tour A.

La tour A a été conçue par Adrian Smith + Gordon Gill Architecture et est construite par l'entrepreneur principal Nanjing Runmao Real Estate Co. Sa conception comprendra un observatoire en plein air à 360 degrés au sommet, qui sera l'un des plus hauts de la planète.

Le gratte-ciel Jinmao de Greenland a été conçu par Skidmore, Owings & Merrill (SOM), qui agit également en tant qu'ingénieur structurel et MEP. Greenland Group agit en tant que promoteur.

Électrification des grues à tour

L’un des plus grands changements de ces dernières années dans la construction de gratte-ciels est sans doute la fiabilité et l’accessibilité des grues à tour entièrement électriques. Si la plupart des grues à tour modernes sont fabriquées pour fonctionner à l’électricité depuis les années 1970, leur forte demande en énergie peut rendre difficile pour les entrepreneurs de se connecter directement aux réseaux nationaux ou municipaux.

Ces dernières années, cependant, les progrès de l’électrification et l’introduction de nouvelles sources de carburant alternatives ont rendu la possibilité d’utiliser une énergie non diesel plus plausible pour les entrepreneurs.

Rendu numérique de la tour HeXi Yuzui A à Nanjing, Chine (Photo : Adrian Smith + Gordon Gill Architecture)

En mars dernier, United Rentals, la plus grande société de location d'équipements au monde basée aux États-Unis, a lancé pour la première fois sur le marché nord-américain des systèmes d'énergie à batterie pour grues à tour.

« Configurable jusqu'à 500 kW, le système fonctionne en parallèle avec un générateur pour fournir une alimentation fiable afin de soutenir les opérations de grue à tour », a déclaré United Rentals. « Il minimise le temps de fonctionnement du générateur en stockant l'énergie dans des batteries et en fonctionnant sur batterie chaque fois que cela est possible. »

Pour les opérations de plus petite taille, le système peut fonctionner entièrement « sans émission » grâce à l’énergie solaire.

Termaco, un concepteur, fabricant et intégrateur canadien de solutions avancées pour la protection des systèmes de stockage d'énergie, a développé le système énergétique en partenariat avec United pour un chantier d'Edmonton, au Canada.

Le projet concernait une communauté à usage mixte de 20 acres et utilisait une grue à tour de huit tonnes et de 70 mètres de haut, entièrement alimentée par le système énergétique Termaco.

« Dans le cadre du projet, [l'entrepreneur] est passé d'un générateur T4 de 300 kVA fonctionnant 24 heures sur 24 pour alimenter sa grue à tour, à la charge du système d'énergie par batterie avec un générateur de 100 kW pendant seulement deux heures et demie par jour et au fonctionnement de la grue uniquement sur batterie », a déclaré United.

L'entreprise a déclaré que pour ce projet, la durée de fonctionnement du générateur a été réduite de 91 %, ce qui a entraîné une réduction estimée à 80 % de la consommation de carburant et des émissions.

Cependant, les grues à tour électrifiées ne deviennent pas seulement plus efficaces et fiables ; elles deviennent également plus grandes.

En octobre 2023, Mammoet, une entreprise néerlandaise de solutions de levage et de transport de charges lourdes, a annoncé une étape majeure dans la construction de ce qu'elle a appelé la grue électrique « la plus grande du monde » et de la plus grande capacité : la SK6000.

Le modèle de grue à tour électrique est en développement depuis des années, mais sa commercialisation est prévue pour 2024. Le chiffre figurant dans son nom représente sa capacité de 6 000 tonnes.

Mammoet a lancé ce nouveau produit en pensant au levage de modules. La grue est conçue pour soulever des composants de 3 000 tonnes à une hauteur de crochet de 220 m avec un rayon maximal de 144 m. L'entreprise a déclaré que l'unité sera capable de soulever des modules de 3 000 à 6 000 tonnes.

Surplombant la concurrence

La plupart des bâtiments ne sont pas construits pour remporter des prix, mais il arrive parfois qu'un projet captive l'imagination du public et des organisations commerciales, et que certains chefs de projet repartent chez eux avec plus de matériel que leurs simples machines et outils.

Le phare 2.0 de la ville d'Aarhus est l'un de ces projets. Situé dans les Docklands d'Aarhus, cet immeuble résidentiel de 44 étages et de 142 m de haut est le plus grand du pays dans son genre. Achevé en 2022, il a permis de créer 381 nouveaux logements à moins de 3 km du centre-ville.

Fin 2023, le Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH), basé aux États-Unis – un organisme international qui étudie et rend compte de la planification, de la conception et de la construction d'immeubles de grande hauteur – a décerné à Lighthouse 2.0 le prix du meilleur immeuble de grande hauteur dans la catégorie 100 m à 199 m.

La tour est composée d'environ 20 000 m² de double vitrage et d'une structure de base principalement en béton. Au rez-de-chaussée, la tour est entourée de places à plusieurs niveaux d'espaces intérieurs et extérieurs.

Le bâtiment résidentiel Lighthouse 2.0 à Aarhus, au Danemark (Photo : Peri)

Les matériaux, la géométrie spécifique et l'emplacement étroit près de la mer ont nécessité une étroite collaboration entre l'entrepreneur général du projet et la société allemande Peri, le fournisseur de coffrages et d'échafaudages du Lighthouse 2.0.

« Les exigences architecturales particulières et le calendrier de construction exigeant ont nécessité une étroite collaboration entre l'entrepreneur général Per Aarsleff A/S et Peri », a fait remarquer Peri.

Le système auto-grimpant ACS de Peri a été utilisé sur le projet, qui, selon la société, comprend un vérin à course unique de grande capacité qui monte au niveau suivant en seulement 20 minutes en utilisant moins de supports, d'ancrages et de pièces globales que les anciennes unités auto-grimpantes.

Conçu pour les marchés américains, Peri a noté que l'utilisation de l'ACS sur le projet Lighthouse était une première au Danemark.

« Le coffrage grimpant guidé par rail a impressionné par son entraînement hydraulique, ses grandes unités grimpantes, sa force de levage élevée et ses processus rapides », a déclaré Peri, ajoutant que son unité ACS Core 400, en particulier, est capable de supporter les flèches de placement du béton, ce qui était idéal pour ce projet centré sur le béton.

« Cela a permis de réaliser un cycle de bétonnage d'une semaine seulement par étage », explique l'entreprise.

En raison de la conception de la place du bâtiment, le couronnement de la structure a nécessité une solution personnalisée avant de pouvoir être achevé.

« Le défi résidait dans le fait que la géométrie des étages supérieurs était différente de celle des étages inférieurs », explique Peri. « Il n’aurait pas été rentable d’installer un échafaudage jusqu’au dernier étage, il a donc fallu trouver une toute nouvelle approche de construction d’échafaudages. »

Le directeur du site d'Aarsleff, Jesper Scharff Lanng, note que les fenêtres panoramiques du dernier étage, un restaurant au 44e étage et la conception de la terrasse sur le toit exigeaient une « solution personnalisée innovante ».

Les ingénieurs ont consacré plus de 400 heures de travail à la création de cette solution, qui a nécessité l’érection de 50 tonnes d’échafaudages, dont certains ont été installés à l’intérieur comme à l’extérieur.

Lanng a noté : « Ériger un échafaudage à l'intérieur du bâtiment qui s'étend jusqu'à l'extérieur n'a rien d'inhabituel, mais si vous installez 50 tonnes d'échafaudages sur quatre étages au 43e étage, alors c'est une autre histoire. »

L'accent sur la sécurité

Un gratte-ciel ne peut pas toucher le ciel sans d'abord construire ses fondations et son support, et le rôle du coffrage et des grues à l'ère moderne consiste à utiliser des méthodes éprouvées tout en innovant dans la mécanique pour augmenter la productivité.

Le Vita Load Navigator est utilisé par une équipe de PCL Construction à St. Paul, Minnesota, États-Unis. Le crochet de grue est commandé à distance avec des ventilateurs embarqués qui réduisent le balancement et la traction dus au vent et au mouvement de la grue (Photo : Vita Industrial)

Alors que les fournisseurs de coffrages adoptent de plus en plus de nouvelles technologies telles que la numérisation 3D, la planification 4D et l'intégration des capacités BIM (modélisation des informations du bâtiment) et des jumeaux numériques dans leurs services, l'accent le plus important du secteur est peut-être mis sur la sécurité.

Steve Duthie, directeur associé chez Altrad RMD Kwikform, a déclaré que la pression interne et externe pour rendre les chantiers de construction plus sûrs est à l'origine de nouveaux produits.

« Quand on considère l’ampleur d’un projet, les délais serrés et le nombre de sous-traitants et d’équipes travaillant tous sous ce type de pression, il est clair que des risques potentiels pour la sécurité peuvent survenir », a déclaré Duthie.

Le système d'étayage en aluminium haute résistance Alshore Plus de RMD Kwikform est un exemple de produits de coffrage conventionnels qui améliorent la sécurité. Il est doté d'un mécanisme de libération de charge intégré à déclenchement rapide avec des connexions sur mesure entre les cadres et les pieds. La conception, selon RMD Kwikform, permet une installation plus rapide.

Un assemblage plus rapide signifie moins de personnes sur place pendant moins de temps, mais l'Alshore Plus a également amélioré l'accès aux échelles, les plates-formes, les supports de planches et les mains courantes dans tout le système.

Mais même certains des produits les plus simples, comme le système de protection contre les débris et écran de sécurité Ascent-S de RMD Kwikform, peuvent rendre plus sûrs même les projets de grande hauteur les plus exigus. L'Ascent-S peut être livré avec différentes options de revêtement pour limiter les impacts sur l'environnement. Une étanchéité complète du périmètre est également réalisable et tous les panneaux peuvent être livrés pré-assemblés sur le site.

Vita Load Navigator, un autre produit destiné aux grues à tour, améliore la sécurité et l'efficacité. Il s'agit d'une application qui se fixe sur le crochet d'une grue à tour pour aider à stabiliser les matériaux, à l'aide d'une télécommande, en mouvement ou par vent fort.

C'est un outil sur lequel Trent Johnson, directeur de district dans le Haut-Midwest américain chez PCL Construction, a déclaré que son équipe s'est appuyée pour des projets récents.

Trent Johnson, directeur de district de PCL pour le Haut-Midwest américain (Photo : Vita Industrial)

Il a déclaré que la demande initiale était destinée à des utilisations militaires et s'appuyait sur l'illustration d'une équipe de sauvetage retirant quelqu'un d'une situation éloignée.

« Lorsqu'ils doivent intervenir pour sauver des gens, ils envoient l'homme, le panier, et mettent la personne à l'intérieur, mais lorsqu'ils le remontent, les pales de l'hélicoptère créent des turbulences et le font tourner », a déclaré Johnson, notant que quelque chose de similaire peut se produire lorsque de grands murs ou de larges matériaux sont placés en hauteur avec une grue à tour.

« Ces deux pièces à l’extrémité sont deux ventilateurs qui fonctionnent grâce à un système de batterie », a déclaré Johnson du Vita Load Navigator. « Avec les grues à tour, les structures provisoires et les coffrages, lorsque vous les élevez… le vent frappe ce coffrage. »

Johnson a déclaré que cela peut créer une « voile assez grande » et signifie que des vents de 22 miles par heure (35 km par heure) entraînent généralement une journée de congé pour des raisons de sécurité.

Le Vita Load Navigator réduit la quantité de vent captée par le matériau en soufflant le matériau en résistance au vent, ce qui permet un mouvement et un placement plus stables.

« Cet équipement nous permet de travailler dans des environnements à vents forts », a déclaré M. Johnson, qui a précisé qu'un ouvrier travaillerait en tandem avec le grutier pour assurer une mise en place à ras. « Et, lorsque [le grutier] le dépose, c'est à ce moment-là que le gars qui utilise le Vita Load Navigator sera en mesure de régler parfaitement - à un ou deux degrés près - l'endroit où il doit aller. »

Bien que les entrepreneurs, les promoteurs et les financiers aient certainement été désavantagés par l’augmentation des coûts des matériaux, la pénurie de main-d’œuvre et la réglementation incohérente en matière de durabilité, rien n’indique que l’appétit du public ou des promoteurs pour les grands bâtiments diminue.

Tant que les constructions géantes resteront rentables et que les villes du monde pourront bénéficier d'immenses tours, la même question lancinante se posera année après année : jusqu'où pouvons-nous aller dans le ciel ?