LES TOILES STRUCTURELLES

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Yvon LESCOUARC’H
ENSA PVS
LES TOILES STRUCTURELLES
Principe et domaines d'utilisation
Une structure métallo-textile est constituée d'une ossature en acier supportant une toile en
matériau composite qui constitue l'enveloppe du bâtiment.
Les avantages de ces constructions sont les suivants :
- facilité et rapidité de montage et démontage. Ainsi la salle du Zénith au Parc de la Villette
était prévue pour être démontée et remontée sur un autre site en 3 mois;
- Faible poids. Aussi des fondations légères, peu coûteuses, suffisent et cette solution est
intéressante sur des mauvais sols;
- Coût peu élevé de l'ensemble : certaines toiles sont économiques, et du fait du faible poids
de la construction, les fondations sont d'un prix peu élevé;
- Très bonne résistance aux séismes, grâce au faible poids de la construction et des
possibilités de déformations sans dommages;
- Liberté de forme. Des portées de plus de 50 mètres peuvent être atteintes, et des formes
nouvelles, avec "double courbure inverse", contribuent à leur originalité sur le plan
architectural ;
- Degrés variables de translucidité, permettant l'éclairage naturel des volumes intérieurs,
avec une luminosité douce, bien répartie.
Les applications de ce type de construction sont cependant limitées à certains domaines du
fait des inconvénients qu'il présente :
- Faible isolation thermique, qui cependant peut être améliorée par l'utilisation de multiples
membranes, enfermant des volumes d'air (coussins d’ETFE)
- Faible isolation acoustique;
- Durabilité limitée: la durée de vie d'une toile en polyester et PVC, solution la plus
économique et la plus couramment utilisée, est de l'ordre de 15 à 20 ans. Les toiles en fibre
de verre ou en kevlar, plus coûteuses, ont une plus grande longévité : plus d’une trentaine
d'années.
Du fait de ces avantages et inconvénients, les structures métallo-textiles sont utilisées
essentiellement pour :
- des constructions provisoires (salles de spectacles, commerces, zones d'accueil,... ) ;
- des constructions itinérantes ;
- des entrepôts de stockage ;
- des salles de sport, de spectacle, d'exposition, ...
- des couvertures de stades, d'allées piétonnières, de commerces, de restaurants, ...
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Les matériaux utilisés
Les toiles sont des composites, constituées d'un support résistant tissé (polyester, fibres de
verre ou fibres de kevlar) et d'une enduction imperméable (P.V.C., téflon, silicone,... ).
Le composite polyester + PVC est le plus couramment utilisé. L'effort de rupture d'une
bande de 1 mètre de large dépasse 10 tonnes. Le degré de translucidité est de 0 à 15%. Il
existe dans toutes les couleurs et possède un classement au feu M2 (ne se consume que si
on apporte une flamme, la consumation s’arrête si on retire la flamme)
Le composite fibres de verre + PTFE (téflon) possède une résistance un peu plus élevée, et
une grande durabilité, mais est plus fragile (perte de résistance sous l’effet de plis) et de coût
plus élevé. La toile est de couleur blanche, et possède un classement au feu M1 (non
inflammable)
Les toiles en fibres en kevlar sont beaucoup plus résistantes : environ 60 tonnes par mètre
de largeur.
La traction admissible sous les charges de calcul est limitée à 25% de la traction de rupture.
Les toiles peuvent être fixées en continu par laçage sur des tubes de rive. Elles peuvent être
fixées ponctuellement, aux extrémités des câbles de ralingue liés aux bords de la toile.
Fonctionnement mécanique des membranes
Les membranes ne peuvent reprendre que des efforts de traction. Aussi, lorsque les charges
agissent, l'équilibre ne peut être atteint que si la toile présente une certaine courbure.
Une toile de forme initiale plane, soumise à des charges perpendiculaires à son plan, doit se
déformer fortement avant d'atteindre la position d'équilibre.
Toile plane : pas d’équilibre possible
Toile avec simple courbure : équilibre possible sous les
charges agissant dans un sens
Toile avec double courbure inverse : équilibre possible
quel que soit le sens des charges
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Une toile de forme initiale présentant une simple courbure peut supporter les charges
agissant dans un sens sans grandes déformations. Une toile de forme initiale avec double
courbure inverse peut supporter des charges agissant dans les deux sens sans grandes
déformations.
Les toiles constituant la couverture ou l’enveloppe complète d’un bâtiment sont soumises à
des charges agissant dans les deux sens : poids de la neige et soulèvement dû au vent pour
la couverture, vent créant une surpression ou une dépression pour les parois verticales.
Elles doivent donc posséder cette double courbure inverse, qui est donnée par la découpe et
l’assemblage des éléments constituant la toile et non par les déformations élastiques de
celle-ci.
Un grand nombre de surfaces possède cette double courbure inverse, les plus courantes
étant les formes de « chapeau chinois » et de « chariot du Far-West ».
Chapeau chinois
Chariot du Far-West
La tension dans la toile est calculée par la formule suivante :
T = p x R avec
T = tension dans la toile (en daN/m)
p = charge répartie (en daN/m2)
R = rayon de courbure (en m)
Ainsi, avec une toile en polyester + PVC, pour laquelle la traction admissible est de l’ordre de
2 500 daN/m, lorsque la charge est de 100 daN/m2, le rayon de courbure maximum est
donné par : R = 2 500 / 100 = 25 m.
La station de métro ERASME à Bruxelles
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Le Zénith de Paris
Le Stade de Rennes
Le B.O.P. à Roissy