Burj Khalifa, Dubai

La construction du plus haut gratte-ciel au monde, le Burj Khalifa, Dubaï.

C’est dans le désert du Moyen-Orient que l’homme a érigé la plus haute structure jamais construite sur terre.

D’une hauteur de près d’un kilomètre, le Burj Khalifa, véritable summum de l’ingénierie des gratte-ciels, abrite une authentique ville dans les cieux.

Le Burj Khalifa doit pourtant son succès à sept inventions fondamentales. Chacune d’entre elles provient de principaux monuments, géants historiques du monde des gratte-ciels.

C’est l’innovation technologique majeure de chacun de ses bâtiments qui a permis aux ingénieurs de construire à chaque fois, des structures de plus en plus hautes.

Découvrez en gravissant les échelons un à un, les incroyables histoires qui se cachent derrière la construction de chacune de ses structures et les inventions qui ont conduit les ingénieurs à pousser de plus en plus les limites des hauteurs.

Ces 7 progrès ingénieux ont propulsé l’évolution des gratte-ciels : de haut aux plus hauts gratte-ciels au monde !

Dubaï est la ville qui connait la plus forte croissance au monde. Des milliers d’ouvriers travaillent sans relâche, des machines et des grues fonctionnent jours et nuit pour faire de celle-ci la ville la plus éblouissante au monde.

C’est pourquoi Dubaï a construit sur ses dunes un élément maitre : le Burj Khalifa (anciennement Burj Dubaï), le plus haut gratte-ciel sur terre avec 829.8 mètres de hauteur.

Retourner dans temps et connaitre les étapes qui ont permis la naissance des gratte-ciels est pourtant indispensable si l’on veut comprendre comment le Burj Khalifa a pu atteindre une hauteur si vertigineuse !

La toute première étape est franchie au 19e siècle, lorsque les constructeurs de l’Equitable Life Building à New York (qui, à l’époque, ne mesurait que 43 mètres) se retrouvent confrontés à un problème majeur : construire un immeuble de plus de 5 étages, d’accord ! mais comment faire pour que les gens puissent atteindre facilement ces étages supérieurs ?

Equitable Life Building, New York

Étape 1 : La mobilité

Le véritable premier obstacle des gratteciels était de pouvoir surmonter le problème que posait les escaliers ! En effet, les cages d’escalier étaient très sombres et les gens n’étaient pas disposés à monter plus de 2 ou 3 étages à pieds, en monter 5 était impensable !  

Une solution évidente à ce problème existait pourtant : l’ascenseur ! mais il faut savoir que les premiers ascenseurs ne possédaient aucun système de sécurité ! Si la corde qui le maintenait venait à rompre, la chute serait fatale !

En 1854, Elisha Graves Otis (1811-1861), mécanicien originaire de Vermont règle ce problème en inventant un système de sécurité qui stopperait les ascenseurs instantanément et les empêcherait de s’écraser en cas de défaillance de la corde. Il présente son formidable projet à la Foire Mondiale de New York, et c’est ainsi que nait le premier ascenseur sécurisé et entièrement automatisé.

Otis, World’s Fair, New York

Une invention certes simple mais très intelligente, une véritable avancée technologique !

L’ascenseur a depuis complètement transformé le paysage urbain.

Tout a débuté en 1870, au coin d’une rue animée du centre-ville de New York, là où se trouve le siège de la Compagnie d’Assurance Equitable Life. Un bâtiment d’une extrême importance puisque c’est le tout premier à posséder un ascenseur sécurisé, sans lequel sa construction aurait été impossible. Le bâtiment qui se trouve de nos jours à ce même emplacement est le nouveau Equitable Life. Il remplace l’ancien immeuble qui était loin d’être le gratte-ciel que nous connaissons aujourd’hui.

Si ce dernier ne touchait pas le ciel, en revanche, il a radicalement changé la dynamique des immeubles commerciaux. Avant la construction de l’Equitable Life, les premiers étages étaient très prisés, mais l’arrivée de l’ascenseur dans les immeubles a complètement inversé les données économiques du monde de l’immobilier.

Les occupants de l’Equitable Life ont donc installés leurs bureaux dans les étages inférieurs et ont mis en location les étages supérieurs à des prix très élevés. Les plus hauts étages bénéficiant de plus d’air, de bien plus de luminosité et se trouvant loin du bruit de la circulation, ils devinrent les plus convoités

Le Burj Khalifa pousse quant à lui, l’idée de l’ascenseur à l’extrême. Alors que l’Equitable Life ne comprenait que 7 étages, le Burj Khalifa, lui, en revanche en compte 162 ! Une hauteur qui surpasse les limites de la technologie de pointe !

Le Burj Khalifa peut accueillir jusqu’à 35 000 personnes. Faire entrer et sortir l’équivalent d’une population de petite ville dans un bâtiment est le défi ultime pour les ascenseurs.

Pour faire face à ce chiffre, le Burj Khalifa dispose de 53 ascenseurs, certains dépassant les 36 km/h, atteignant 124 étages en moins de 50 secondes ! Les plus grands ascenseurs transportent jusqu’à 46 passagers !

Être en mesure de stopper un tel poids en cas d’urgence est un énorme défi.

Imaginez la force avec laquelle les freins de l’ascenseur doivent opérer pour pouvoir stopper 50 tonnes de masses en mouvement ! Ce serait comme de devoir stopper, depuis le haut d’une falaise et en pleine course, un poids lourd de 18 roues qui se retrouverait soudainement en roue libre !

À la seconde où les ascenseurs du Burj Khalifa dépassent leur limite de vitesse, le système de freinage d’urgence s’active. Ses parties métalliques s’enclenchent dans des rails et produisent assez de puissance pour arrêter complètement l’ascenseur, et ce, sur très peu de mètres.

Ainsi, l’ascenseur sécurisé a permis aux édifices de franchir la barrière des 5 étages et à multiplier ainsi le nombre de hautes structures. Mais dès lors qu’ils approchèrent les 80 mètres de hauteur, la résistance des matériaux de construction traditionnels utilisés fut là encore, mise à l’épreuve.

Pour passer le cap des 87 mètres de hauteur du Flat Iron Building à New York, on a dû réinventer les gratteciels.

Étape 2 : les matériaux

Le Monadnock Building à Chicago est aujourd’hui un véritable vestige dans le monde des gratte-ciels. Mais lorsqu’il ouvrit ses portes en 1893, c’était le plus vaste immeuble de bureaux au monde. Pourtant cet immeuble de 16 étages, construit de pierres, l’a poussé à ses limites.

Monadnock Building, Chicago

Pour pouvoir supporter le poids de cet immeuble, chacun des murs de sa base mesuraient près de 2 mètres d’épaisseur. Il a pourtant fallu peu de temps pour que la structure, d’un poids extrême ne commence à s’enfoncer dans le sol de Chicago. C’est près d’un demi mètre de la base du bâtiment qui disparait de la surface, ainsi que tout le bitume sur lequel elle reposait.

Dès lors, une chose était sûre : la pierre n’était plus matériel adéquat pour construire des gratte-ciels.

Ainsi, lorsque l’heure était venue pour l’architecte Daniel Burnham de planifier la construction du Flat Iron Building à New York, il se retrouva bien embêté.

Construire son bâtiment de 22 étages de forme triangulaire qui plus est, était un vrai casse-tête pour Burnham. Ses murs ne pouvaient en aucun cas être de pierre, puisqu’ils seraient si épais qu’ils empiéteraient sur toute la surface du rez de chaussée, ce serait un gaspillage d’espace inconcevable pour un architecte de gratte-ciels ! 

L’utilisation de la pierre était donc hors de question. Mais alors, direz-vous ? Pourquoi paraît-il être construit de pierre ? Comment a-t-il réussi à lui donner ce look ? Et bien tout cela n’est qu’illusion.

Flat Iron Building, New York

Sous cette façade, se trouve l’une des technologies de construction les plus importantes jamais inventées.  

L’architecte Burnham a combiné des poutres et des colonnes en acier, pour en faire un squelette entièrement en acier. L’acier est bien plus robuste que la pierre, mais bien plus léger que ce dernier, le squelette d’acier était donc la solution idéale pour supporter le poids de cette haute structure. Burnham s’est ainsi intelligemment débarrassé du problème que posait le poids imposant de la pierre. Pour lui donner cette finition, il a utilisé une moindre quantité de pierre pour fabriquer ses façades et les a faites poser sur l’édifice, comme l’on poserait un rideau

Le squelette du Burj Khalifa quant à lui, combine le meilleur de la pierre et de l’acier. Ce sont plus de 30 000 tonnes d’acier qui sont utilisés, mais de façon ingénieuse, puisque le squelette d’acier est lui-même complètement encastré dans du béton.

Cette dorsale en béton armé est ensuite revêtue d’un mur-rideau de très haute technologie fait de verre et d’acier, dont le prix estimé s’élève à 100 millions de dollars. À ce prix-là, avant d’être définitivement posé, des sections de prototypes de ce mur-rideau furent préalablement testées en utilisant des propulseurs d’avion pour simuler les tempêtes de vent du désert. Résultat ? Un vrai succès !

Mais les ingénieurs du Burj Khalifa se sont de nouveau vus confrontés à un autre problème ! Comment faire pour éviter que le soleil brûlant du désert ne transforme ce magnifique gratte-ciel de verre en gigantesque four ?

Burj Khalifa, Dubai

L’acier a effectivement propulsé les gratte-ciels à des hauteurs encore jamais atteintes. Les murs n’ayant plus à supporter tout le poids de la structure, les architectes pouvaient dorénavant utiliser tout autre type de matériel.

Le verre laissait passer beaucoup de lumière, mais procurait surtout un trop plein de chaleur au United Nations Building, haut de 154 mètres.

Étape 3 : la chaleur

Pour combattre ce nouvel ennemi, ces gratte-ciels devaient rapidement trouver un système de refroidissement.

En 1947, au moment de concevoir leur nouveau siège à new York, l’ONU a dû faire face à un dilemme.

Ils souhaitaient faire de l’intérieur de l’immeuble un espace des plus lumineux en le recouvrant entièrement de verre, mais n’étaient en aucun cas prêts à transformer ses 39 étages en serre !

UN Headquarters NYC

Les murs de verre certes, laisser pénétrer beaucoup de lumière dans l’immeuble mais également de la radiation solaire. Absorbée par tous les objets à l’intérieur, à leur tour, ils irradient de la chaleur dans l’air ambiant et réchauffent toute la pièce. Les fenêtres étant scellées, l’évacuation de l’air chaud est donc impossible. Se retrouver dans un tel cas de figure en plein été serait comme de cuire dans un four !

La solution pour le bon fonctionnement de ces gratte-ciels ? La climatisation !

Un ingénieur américain du nom de Willis Carrier (1876-1950) est venu à bout de ce problème.

Il invente et fabrique le tout premier climatiseur moderne.

Son invention est la solution idéale au problème que posait le trop plein de chaleur au siège de l’ONU.

La climatisation permet aux gratte-ciels tels que le Burj Khalifa de s’ériger, même dans des lieux à climat ardent.

Il y a peu d’endroits sur terre pour qui la climatisation est autant primordial que pour Dubaï.

Avec des températures excédant parfois les 40 degrés Celsius à l’ombre et une humidité en moyenne de 90 pour cent, les gratte-ciels sont mis à rude épreuve !

L’élément clé pour protéger le Burj Khalifa du soleil brûlant du désert se trouve à l’intérieur même de sa couche de verre.

Il se trouve que la climatisation n’aurait pas été en mesure de refroidir correctement si les ingénieurs avaient utilisé des verres classiques. C’est pourquoi ils ont opté pour un verre spécial, à revêtement double-face. La vitre extérieure est recouverte d’une fine couche de métal, on pourrait comparer son action à celle d’un écran solaire. Le revêtement métallique dévie les rayons ultraviolets qui autrement, réchaufferaient le bâtiment. Mais tout comme l’écran solaire, il est totalement impuissant contre les rayons infrarouges qui irradient du sable chaud du désert. C’est là qu’entre en jeu l’action du revêtement de la vitre intérieur, qui est, elle est recouverte d’une fine couche d’argent, empêchant les rayons de chaleur de la transpercer. Plus de 30 000 panneaux de verre (142 000m² , équivalent à 17 terrains de football !) recouvrent le Burj Khalifa pour le protéger de la chaleur suffocante.

Le Burj Khalifa utilise 1 million de litres d’eau par jour pour rafraichir les 320 000km² de surfaces.

Mais le problème de ces gratte-ciels c’est que, plus ils étaient hauts, plus il fallait de temps pour les achever.  

Pour atteindre les 417 mètres vertigineux du World Trade Center, les ingénieurs ont dû se décarcasser pour trouver un moyen bien plus rapide d’ériger les gratte-ciels.   

Étape 4 : la Vitesse

Bien avant que les Tours Jumelles de New York ne deviennent les plus hautes structures au monde, leurs développeurs se sont retrouvés face à une difficulté de taille.

Twin Towers, New York

À la minute où ils posèrent le pied sur le chantier, une course contre la montre commençait.

Chaque jour passé sur le site de construction représentait un coût énorme. Il leur fallait donc trouver un moyen de réduire ce temps au strict minimum.

Après avoir longuement cogité sur le problème, la solution la plus efficace fut adoptée :  pré-fabriquer des parties de la tour et les assembler par la suite, comme un puzzle géant. La préfabrication des différentes parties se faisait ailleurs et celles-ci n’étaient rapatriées qu’au moment précis où elles devaient être posées sur la tour.

Mais là encore, la question se posait de savoir comment allait-on soulever ces préfabriqués de 50 tonnes et les mettre en place assez rapidement ?

Les ingénieurs se mirent donc à chercher partout dans le monde des systèmes qui pourraient résoudre leur problème. C’est en Australie que l’équipe trouve une grue révolutionnaire ! Capable de soulever 50 tonnes, elle peut également atteindre les moindres recoins des Tours Jumelles !

Les Tours Jumelles prirent rapidement forme. Grâce aux sections préfabriquées, et aux « grues kangourou », les ouvriers montaient près de 2 étages par semaine !

En 1970, le World Trade Center 1 devient la plus haute structure au monde.

Alors que les tours prenaient de la hauteur étage par étage, de nouveaux locataires s’installaient déjà dans les étages inférieurs ! Que voulez-vous ?! Le temps, c’est de l’argent !

La grue kangourou reste la grue préférée sur le chantier du Burj Khalifa. Les constructeurs ont poussé le concept de la préfabrication encore un peu plus loin !

La clé de la rapidité est une nouvelle technologie appelée « formation de sauts ». Le processus commence à la base du bâtiment. Les ouvriers assemblent des cages en acier qui constitueront la base squelette des sols et des murs du Burj Khalifa. Les grues kangourous lèvent ces cages en acier et les glissent dans des moules spéciaux appelés « chutes à sauts ». Ils y versent du béton qui durcira 12 heures plus tard. Une fois durcit, la forme créée est prête pour le « saut », des pistons hydrauliques la pousse, laissant derrière le bloc de béton, le processus est ensuite répété. Ainsi, les parties du Burj Khalifa sont coulées sur place, une couche après l’autre, comme sur une pièce montée !

Mais, plus les étages s’empilent, plus il est difficile d’y faire parvenir le béton.

Pour faire face aux 25 tonnes de bétons contenues dans les tuyaux et pouvoir les pomper plus haut que jamais, ce sont des pompes de 630 chevaux qui sont utilisées ! 40 minutes, c’est le temps qu’il faut au béton pour remonter les tuyaux depuis le sol jusqu’au 155e étage !  Un défi incroyable pour le système de pompage, puisqu’il doit combiner à la fois puissance et chimie. Si le béton est trop liquide, il mettra plus de temps à durcir et engendrera du retard, si en revanche, il est trop épais, il risque alors de prendre trop vite et de boucher les tuyaux. Ce projet de près d’1.5 milliards de dollars laisse en effet, très peu de place à l’erreur.

Ce système fonctionna à la perfection ! Un nouvel étage était ajouté tous les 3 jours !

La technologie de préfabrication a permis aux géants gratte-ciels de se développer encore plus rapidement, ce qui les rendait encore plus rentables, donc plus désirables ! Mais alors que les gratte-ciels culminaient de plus en plus haut dans les cieux, ils se retrouvèrent face à un nouvel ennemi, et pas des moindres : le vent.

Pour construire la tour de 442 mètres « Sears Tower » à Chicago (« the Windy City »), les ingénieurs ont dû retourner le gratte-ciel sens dessus-dessous !

Étape 5 :  le vent

En 1970, les architectes qui construisaient le nouveau siège social de Sears & Roebuck à Chicago faisaient face à un énorme problème. Leur gratte-ciel, la Sears Tower, comprendrait une centaine d’étages, une hauteur qui le soumettrait à d’énormes forces de vent.

Bâtir le gratte-ciel en utilisant le squelette d’acier traditionnel pourrait s’avérer très problématique. Plus le squelette est haut, plus il est susceptible de se plier par grands vents. Les rafales du Lac Michigan pourraient frapper le gratte-ciel à près de 80km/h, balançant fortement ses étages supérieurs. Les occupants de ces étages auraient inévitablement le mal de mer.

Les architectes de la tour Sears ont inventé une technologie capable de vaincre le vent. Ils ont tourné la structure en acier de l’intérieur du bâtiment vers l’extérieur. Ce « exosquelette » empêcherait le vent de faire pencher le bâtiment. Dans la tour Sears, 9 tubes de ce type ont été assemblés pour faire de celui-ci un bâtiment solide comme un roc. L’exosquelette fut le meilleur système jamais inventé capable de défier les forces du vent. Même à plus de 90 km/h, le dernier étage de la tour Sears/Willis Tower  ne s’est balancé que de quelques 15 centimètres.

Sears/Willis Tower

Le Burj Khalifa est 2 fois plus grand que la Willis Tower.  À une telle hauteur, un simple exosquelette rigide n’est pas suffisant pour lutter contre les forces du vent. Les fortes rafales de vent posent être une grande menace pour les gratte-ciels. L’air qui circule autour du bâtiment forme une multitude de mini-tornades, appelées vortex. Ces zones de basse pression agissent comme des ventouses et aspirent les côtés del’immeuble. Plus le bâtiment est haut, plus les vortex sont dangereux.

Au lieu de chercher à lutter contre le vent, l’équipe de concepteurs du Burj Khalifa a décidé de rompre ce phénomène de mini-tornades en donnant à la tour une forme bien plus inhabituelle ( tri-lobes rappelant les pétales d’une fleur du désert) Chaque section de la tour est conçue de façon à dévier le vent de manière différente, ce qui perturbe la formation des tourbillons et les freine considérablement.

Résultat : grâce à sa forme en Y et a ses modules aérodynamiques, les résidents de cette immense tour ne risquent plus d’avoir le mal de mer !!

Y shape

Les gratteciels ayant réussi à vaincre les problèmes que posaient la mobilité, la gravité, la chaleur ainsi que le vent, se retrouvaient de nouveau confronté à un autre défi : les tremblements de terre.   

En Asie, là où l’économie en plein essor ne cherche qu’à exhiber ses richesses à travers de très hauts gratte-ciels, véritables objets de convoitise, sont aussi ceux qui sont les plus exposés aux tremblements de terre.

Pour faire tenir debout les 509 mètres de la tour Taipei 101, les gratte-ciels étaient tenus de franchir un nouveau cap.  

Étape 6 : les tremblements de terre

En 1999, les architectes du plus haut gratte-ciel au monde, le Taipei 101 à Taiwan ont dû faire face à une difficulté de taille.

Le Taipei 101 se trouve près de la « ceinture de feu du Pacifique », la zone la plus active au monde sur le plan sismique. Un tremblement de terre frappe la ville environ deux fois par an. Ce n’était donc pas une question de savoir si, mais plutôt quand, la terre secouerait le Taipei 101.

Pour faire faire face aux secousses rapides et violentes des tremblements de terre, la structure du Taipei 101 devait être un peu plus flexible. C’est pourquoi les architectes ont conçu une structure rigide et flexible à la fois.

36 tubes d’acier coulés dans du béton assurent une solidité à l’immeuble, lui permettant de tenir debout lors d’un séisme, tout en lui laissant assez de jeu pour pouvoir bouger aux rythmes des secousses grâce à sa structure plus flexible. En pleine construction, Mère Nature a pourtant décidé de tester le concept en poussant ses limites à l’extrême. Le 31 Mars 2002, un séisme secoue toute la zone, détruisant les plus petits bâtiments mais le Taipei 101 assure et tient le coup. Les ingénieurs du Taipei 101 affirment alors que ce bâtiment est l’endroit le plus sûr de la ville pour être à l’abri lors d’un séisme.

Taipei 101, Taiwan

Le Burj Khalifa peut certes faire face à des séismes d’une magnitude 6 sur l’échelle de Richter grâce à son squelette massif en béton armé et à sa forme en Y, mais pour cet immeuble, c’est un problème bien différent qui se pose :

Quels mesures spéciales les ingénieurs devaient-ils prendre pour pouvoir ériger un si haut gratte-ciel sur une surface si sableuse du désert ?

Pour pouvoir supporter le poids extrême du Burj Khalifa, il fallait creuser au moins 50 mètres sous terre pour trouver de la roche, mais là encore, cette roche était fragile parce que baignée d’eau souterraine. Ainsi, tout grand trou creusé causerait son effondrement immédiat.  

Pour empêcher cela, les ingénieurs ont comblé les trous en y versant du polymère. Ce liquide permet de garder le trou bien dégagé en repoussant l’eau et les fragments de roches vers les bords.

Le polymère visqueux est plus dense que l’eau mais plus léger que le béton, donc lorsque ce dernier est coulé dans le trou, il repousse le polymère et durcit pour enfin former le pilier de fondation. 200 piliers de bétons sont alors nécessaires pour soutenir le poids exorbitant d’un demi-million de tonnes de cette propriété immobilière et l’empêcher ainsi de disparaitre sous le sable.

Burj Khalifa, Dubai

Il a fallu un peu plus de 130 ans pour que le gratte-ciel réussisse à vaincre toutes les forces de la nature en utilisant le pouvoir de l’ingéniosité humaine. Mais avec une construction toujours plus haute, vient aussi la vulnérabilité.

C’est maintenant la peur du terrorisme qui menace leur existence même.

Aujourd’hui, une dernière avancée technologique garantit la sécurité des occupants des plus grands gratte-ciels du monde.

Étape 7: l’évacuation

Après les attaques terroristes du 11 Septembre 2001, nombreux étaient ceux qui pensaient que plus jamais on ne construirait d’aussi hauts gratte-ciels.

Faire évacuer tous les occupants d’un gratte-ciel est un défi phénoménal, car plus la structure est haute, plus les étages à descendre à pieds sont nombreux ce qui rallonge forcément la distance à parcourir pour mettre tout le monde à l’abri.

Le Burj Khalifa est doté d’une protection très efficace contre les incendies car sa structure en béton est naturellement résistante au feu.

Mais alors comment le Burj Khalifa, deux fois plus grand que les Tours Jumelles à New York, parviendrait-il à évacuer 35 000 personnes en cas d’urgence ?

Le bâtiment possède 9 abris assez particuliers. Les murs de ces abris sont faits de plusieurs couches de bétons armés et de tôles ignifugées lui apportant une protection de près de deux heures contre les flammes d’un incendie, qui peuvent facilement atteindre les 1500 dégrées Celsius !

Chacun de ces abris dispose d’un système spécial d’alimentation d’air provenant de tuyaux, eux aussi résistants au feu et de portes coupe-feux étanches empêchant ainsi l’infiltration de la fumée.

Ces abris permettent aux occupants de l’immeuble de se protéger d’un incendie et ce, jusqu’à ce que les secours parviennent à le maitriser.

Un abri se trouve tous les 30 étages de sorte que tous les résidents puissent y accéder avec facilité.  

L’idée de celles-ci est un peu radicale certes, mais en cas d’incendie, à quoi bon posséder l’endroit le plus sûr au monde si son accès se trouve bloqué par une épaisse fumée.

Le système d’alerte dont dispose le Burj Khalifa fonctionne 24 heures sur 24.

Si un incendie venait à déclencher l’un des détecteurs de fumées, un capteur de chaleur ou un encore sprinkler, alors un énorme réseau de ventilateurs de grande puissance s’activerait. Ces gros ventilateurs infiltreraient de l’air propre et frais à travers des conduits ignifugés jusque dans l’immeuble pour en dégager la fumée et libérer ainsi les issues de secours.

Le Burj Khalifa est aujourd’hui la plus haute structure jamais construite par l’humanité sur la planète, le summum des gratte-ciels, et le restera, du moins jusqu’à ce que quelqu’un en construise un plus grand encore !