Difficultés techniques liées au verre pour les bâtiments très très hauts

On a souvent tendance à considérer le verre comme une évidence dans les aspects techniques pour les bâtiments très hauts (c.-à-d. les gratte-ciel de plus de 600 mètres de haut). Pourtant, le vitrage high-tech à haute résistance qui couvre les très hauts immeubles d’aujourd’hui, tels que le Burj Khalifa à Dubaï, est tout aussi important pour la performance du bâtiment que l’acier et le béton.

Lorsqu’il s’agit de très hautes structures, les principales difficultés tiennent à la charge de vent, aux amplitudes de température et d’altitude et à la condensation.

À proximité du sol, le vent est freiné par des arbres et d’autres bâtiments, mais lorsqu’un bâtiment atteint des hauteurs très élevées, ces obstacles disparaissent. La tour subit alors la force totale et dégagée du vent.

La lumière et la chaleur sont d’autres éléments d’incidence majeure. Les grands bâtiments, en raison de leur énorme masse de chaleur interne, ont tendance à avoir besoin d’une climatisation constante, même pendant les mois les plus froids de l’année. La climatisation est le plus gros coût énergétique d’un gratte-ciel. Les bâtiments géants soulèvent une difficulté unique : non seulement ils comptent une masse de chaleur interne élevée, mais une très grande proportion de leur volume global se trouve bien au-dessus de leurs voisins, donc rien ne vient bloquer le soleil. De plus, la plupart d’entre eux ont tendance à se trouver dans les régions désertiques du Moyen-Orient, d’Afrique et d’Asie du Sud-Est.

Pour compliquer encore davantage les choses, la peau des bâtiments géants est désormais presque entièrement vitrée, avec un haut de gamme placé sur de grandes et larges vitres pour offrir une vue dégagée maximale. La difficulté tient à ce que ces grandes vitres doivent être extrêmement robustes pour résister aux forces élevées du vent, et doivent être conçues de manière à compenser l’énorme quantité de lumière qu’elles laissent entrer dans le bâtiment afin d’améliorer le bien-être et le confort des occupants du bâtiment.

Difficultés spécifiques aux bâtiments géants

L’environnement immédiat

L’environnement immédiat d’un bâtiment, et dans le cas du Burj Khalifa et de la Tour de Djeddah, le climat désertique local, sont des facteurs importants à prendre en compte. Les zones environnantes des bâtiments géants tels que les collines et d’autres bâtiments absorbent en fait une grande partie de la chaleur intense pendant la journée, mais continuent à irradier ou à émettre cette chaleur vers leur environnement immédiat tout au long de la nuit. Le verre à faible émissivité (Low-E) contribue à refléter ce rayonnement d' ondes longues et à en minimaliser la transmission. C’est pourquoi l’utilisation du verre Low-E (tel que Guardian SunGuard Neutral 60) est l’un des meilleurs choix.

Le climat local dans ces régions chaudes, humides et désertiques, avec des températures diurnes atteignant jusqu’à 50 °C, pose de véritables difficultés pour le verre en matière de contrainte et de déflexion, mais aussi des problèmes potentiels de condensation.

La plupart des gens ne réalisent pas à quel point le verre Low-E est populaire au Moyen-Orient et pourquoi il devrait être utilisé. En général, les gens pensent que le verre Low-E n’est utilisé que dans des climats froids. Cependant, le concept de blocage et de réflexion de la chaleur indirecte la nuit et pendant la journée est un élément auquel peut penserait.

Condensation

Avec les immeubles géants, il existe toujours un risque de condensation apparaissant sur la vitre extérieure (à l’extérieur). Cela est dû à la différence de température entre l’extérieur du bâtiment (qui est très chaud et humide pendant l’été) et la température intérieure (climatisation).

L’utilisation d’un verre à faible émissivité comme panneau interne peut aider à empêcher le transfert du froid de l’intérieur du bâtiment vers le panneau extérieur en verre, tandis que le traitement thermique (entièrement trempé ou durci ou renforcé par la chaleur) rendra le verre jusqu’à 5 fois plus résistant aux charges extrêmes de vent et aux différences de température.

Différences d’altitude

La différence d’altitude entre le haut et le bas d’un bâtiment géant, et la différence de température qu’elle implique peut engendrer des problèmes de déflexion du verre sur l’unité de verre isolant en raison de la différence de pression.

Sur le projet Burj Khalifa, il s’ajoutait même une difficulté liée à la différence entre les températures de production et d’installation des IGU, qui ont été fabriquées en janvier avec une température de 26 °C, puis installées sur le site de Dubaï en août lorsque la température était de 48 °C. Les calculs de contrainte et de déflexion des IGU ont permis à nos experts techniques de Guardian Glass de définir les épaisseurs de verre appropriées, capable de s’adapter aux différentes hauteurs d’installation de verre dans le bâtiment.

Vent

Compte tenu de la hauteur des bâtiments géants, les forces du vent peuvent être extrêmement élevées. Même si la forme dynamique du bâtiment est conçue pour réduire la charge structurelle due au délestage du vortex éolien, l’épaisseur du verre est également très importante. Pour la Burj Khalifa, la façade en verre a été conçue pour résister à des charges de vent allant jusqu’à 250 km/heure. Comme je l’ai mentionné précédemment, le système de verre de la tour Jeddah est conçu pour résister à un balancement de 2,5 mètres de rayon sans rupture ni fuite. L’épaisseur du verre utilisé dépend de la hauteur du bâtiment où il est installé. Le traitement thermique est également crucial (trempage ou durcissage) car il rend le verre jusqu’à 5 fois plus résistant aux charges extrêmes du vent et aux différences de température.

Vous avez des questions sur l’utilisation du verre dans votre prochain projet, quels que soient l’ampleur et le lieu, nous serons heureux de vous aider.