Le gratte-ciel tel que nous le concevons aujourd’hui a fleuri à la fin du 19e siècle, non pas sous l’influence d’ambitieux architectes mais surtout grâce au rapprochement savant de techniques et de matériaux d’ingénierie contemporains qui finalement triomphèrent de l’ennemi traditionnel du constructeur : la gravité.
La plus haute structure humaine sur Terre était auparavant la grande pyramide de Gizeh, culminant à 146 m – une hauteur à peine comparable à celle d’un gratte-ciel actuel. La raison en est simple : comme tous les bâtiments étaient construits avec des briques et du mortier, ils étaient érigés selon le même principe : plus la structure est haute, plus la base doit être large.
Tout a changé avec la révolution industrielle : il est devenu possible de fabriquer des poutres de fer et d’acier, toujours plus solides, toujours plus longues. Désormais, les bâtiments pouvaient s’élever vers le ciel sans envahir l’espace au sol. La course aux cieux qui s’ensuivit donna naissance aux bâtiments les plus hauts et les plus célèbres du 20ème siècle.
Chaque gratte-ciel représente un gigantesque défi de conception et de construction. Les vents peuvent les malmener, les séismes ébranler les fondations les plus solides, les incendies faire fondre l’acier. De plus, comme les gratte-ciel ont tendance à flirter avec un air raréfié, plus froid, les conditions de vie doivent y être adaptées.
Concevoir un gratte-ciel exige les efforts combinés de plusieurs centaines de professionnels qualifiés, ainsi que de milliers d’intervenants dans la construction, généralement soumis à des délais stricts. Tout projet commence par une planification, impliquant de longs processus de conception assistée par ordinateur : rien n’est oublié dans les calculs, depuis les conditions de sol et tests de contraintes jusqu’aux consignes de sécurité et procédures d'évacuation d'urgence.
Une fois la construction engagée, l’attention est portée sur le squelette d’acier appelé superstructure – une armature de colonnes verticales et de poutres horizontales. Le modèle concentre la force de gravitation, transférée par toute l’infrastructure dans la zone restreinte de la base. Cette infrastructure est composée de colonnes, plaques et ressorts d’acier sous-tendus par du béton armé profondément ancré dans le sol. Ainsi la partie extérieure de béton et de verre du bâtiment, ou ‘mur-rideau’, peut monter plus haut en n’ayant à supporter que son propre poids.
C’est la superstructure qui gère la majeure partie de la pression. À l’origine, le fer fut le matériau de prédilection d’un gratte-ciel (ils dépassaient alors rarement dix étages) ; puis l’acier lui vola la vedette au 20e siècle. Les superstructures ressemblaient généralement à une série de boîtes en acier traversées de supports horizontaux et verticaux d’un bout à l’autre pour répartir la charge. À mesure que les gratte-ciel prenaient leur envol, la distance entre ces supports diminuait, réduisant l'espace de plancher et augmentant le poids.
Au milieu des années 1960, une nouvelle conception émergea, tubulaire : des colonnes extérieures interconnectées réduisaient le nombre de colonnes intérieures requises. C'est cette conception qui permit la construction du World Trade Center et d’autres structures qui ont battu records sur records.
En termes purement techniques, il n’existe aucune raison pour laquelle un gratte-ciel ne pourrait pas atteindre trois ou même cinq kilomètres de haut, les avions de ligne volant à plus de huit kilomètres d’altitude.
C’est plutôt la menace du terrorisme qui pose le plus grand obstacle à la dominance continuelle des gratte-ciel. Depuis que les tours jumelles de New York se sont effondrées, depuis le haut vers le bas et de l’intérieur vers l’extérieur, les architectes ont dû reprendre la planche à dessin pour envisager de tous nouveaux événements auxquels les prochains gratte-ciel devaient pouvoir résister.
Nulle part le besoin s’est ressenti plus vivement qu’à l’endroit du One World Trade Center, en raison de l’ouverture du site du Ground Zero en 2013. Sûreté et sécurité sont maintenant les mots d’ordre de cette mégastructure hautement symbolique : une base en béton sans fenêtre de 56 m de haut, des murs en béton armé de 0,9 m pour les cages d’escalier et d’ascenseur, des fenêtres en plexiglas trempé sur un côté du bâtiment, des cages d’escalier dédiées aux pompiers et un système de ventilation incluant des filtres biologiques et chimiques.
Si nous prenons en considération les risques potentiels d’un bâtiment isolé, élevé et exposé, contenant tant de vies humaines, ainsi que les coûts engagés dans sa construction et sa maintenance, les générations futures continueront-elles à miser sur les gratte-ciel ? Seul le temps nous le dira…
Extrait du magazine Comment ça marche – n°34