La rénovation des coupoles textiles et des verrières de la Cité des sciences et de l’industrie (CSI)

2020

La rénovation des coupoles textiles et des verrières de la Cité des sciences et de l’industrie

Les coupoles ont été fortement endommagées en 1990, lors d’une tempête qui a soulevé et brisé une partie des verrières. Le projet initial prévoyait la rotation des coupoles pour suivre la course du soleil. Les rayons étaient dirigés dans l’atrium par le biais de miroirs intérieurs eux-mêmes orientables. Ces miroirs, partiellement brisés par la chute des verres des coupoles ont été déposés en 1991. La dimension héliotropique du projet a été oubliée, les coupoles bridées provisoirement en rotation, un filet de protection tendu en sous-face de la coupole, vingt-cinq ans ont passé.

Aujourd’hui, il a été décidé de rénover les coupoles en préconisant un certain nombre de produits, de dispositions et de travaux. Le traitement de la lumière, naturelle et artificielle, des coupoles est leur raison d’être. Dans le respect des « modèles d’énergie et de lumière », tout à fait en avance sur leur temps, de Peter Rice et de RFR, le maître d’ouvrage a choisi de remplacer les deux toiles initiales par une toile Tensotherm dont la transmission lumineuse est particulièrement intéressante à cet égard, et remplacer les verrières par des membranes gonflables en ETFE (polyéthylène-co-tétrafluoroéthylène).

Etat des coupoles intérieur et extérieur en 2019

Les grandes étapes du chantier
Pour mener à bien ce chantier en site occupé, il a été choisi d’opérer en 3 étapes : la rénovation de la coupole ouest, puis la rénovation de la coupole est et enfin le remplacement de la toile.

Décapage et remise en peinture
L’ensemble de la structure en tenségrité, suspendue au-dessus du hall, est recouverte d’une peinture intumescente, qui protège l’acier de la chaleur en cas d’incendie. 35 ans après son application, aucune garantie sur son efficacité n’est encore possible. Il est donc nécessaire de reconstituer l’ensemble du complexe de peinture, à partir de l’acier mis à nu.

Pour ce faire, une première étape de décapage des anciennes peintures est réalisée à l’aide d’un décapant chimique, suivi d’un nettoyage à haute pression de l’ensemble. L’acier est ensuite revêtu de deux couches de protection contrer la corrosion, d’une épaisse couche de peinture intumescente, et d’une couche de finition. La charpente retrouve alors sa blancheur d’origine, et est efficacement protéger contre les flammes pour une durée de 30 minutes.

Plus de la moitié de la structure n’était pas accessible depuis les plateformes d’échafaudage. Des cordistes sont intervenus tout au long du chantier, pour réaliser les travaux suspendus à des cordes.

Remplacement de l’enveloppe
Le bardage périphérique d’origine, en panneaux de fibre de verre, a subit la dégradation de 35 ans d’intempéries, et présente plusieurs faiblesses d’étanchéité. Il est déposé en totalité et évacué, pour laisser place à un bardage cintré en acier, rempli de laine de roche pour l’isolation.

Cette enveloppe périphérique est complétée en toiture par une bande opaque circulaire, qui permet la circulation pour l’entretien occasionnel des coussins ETFE. Nouvel éclairage. Tous les appareils d’éclairages existants ont été déposés et évacués. Ils sont remplacés par des rails de LED, plus performants et moins énergivores. Ils assurent l’éclairage architectural indirect des toiles.

L’armoire électrique présente en coupole a été démantelée. Elle n’est plus nécessaire car les nouveaux éclairages sont alimentés depuis des locaux techniques accessibles à l’intérieur du musée.

Equipements de sécurités
Les trappes basculantes de désenfumages ne sont suffisamment fiables pour assurer leur fonction d’évacuation de fumée lors d’un incendie.

Elles sont déposées et remplacées par des exutoires à ventelles, commandés par des vérins pneumatiques qui se déclenchent automatiquement en cas de détection d’incendie dans le musée.

Ces appareils ont nécessité des études approfondies, en raison du caractère atypique du musée, et de la géométrie en trapèze laissée par les trappes d’origines.

Héliportage et remplacement de la toile
A la fin de l’opération, la toile sera acheminée sur la toiture du bâtiment à l’aide d’un hélicoptère. Les trois colis qui contiennent les trois morceaux de toile seront transportés, sur une distance d’une centaine de mètres, de la zone de livraison jusqu’à la toiture.

Là-haut, chaque morceau sera déplié sur l’ancienne toile gardée en place, puis maintenu en place temporairement avant de substituer les fixations de l’ancienne toile vers la nouvelle. Une fois fixée, la toile est tendue petit à petit, pour atteindre la forme et la tension prévues. L’ancienne toile est découpée en lès et évacuées via l’intérieur du musée.

Modification des verrières et pose des coussins ETFE

La totalité des verres est évacuée, ainsi que tous les accessoires de fixation, et les profils de charpente secondaire en aluminium ajoutés en 1991. La charpente d’origine est adaptée pour recevoir les nouveaux coussins en ETFE.

Les 4 poutres structurelles en treillis qui ne sont plus utiles sont découpées et évacuées en petits tronçons. Des pièces d’adaptation en acier sont boulonnées ou soudées à la charpente, pour servir d’appuis aux rails de fixation des coussins.

Coupole de gauche après la pose des coussins EFTE et coupole de droite avant changement avec les verres toujours en place. Les toiles de sont pas encore changées.
Studio Sherlock/OPPIC - 19 octobre 2021

Les rails en aluminium, cintrés sur la périphérie et droits sur les poutres, sont solidarisés à la structure porteuse, et réglés finement de manière à obtenir un plan incliné parfait. Les coussins sont déployés entre chaque couple de poutres, et clipsés sur leur pourtour dans les rails prévus à cet effet. Les coussins sont ensuite maintenus en place à l’aide de capots en aluminium, visés dans les rails.

Tous les coussins sont raccordés à un réseau d’air comprimé, qui gonfle les coussins et maintien une pression constante.

Opération d’héliportage sur le toit de la Cité des sciences et de l’industrie

L’une des étapes majeures de ce vaste chantier s’est déroulée lundi 4 avril au matin avec l’acheminement par hélicoptère, sur le toit du bâtiment depuis les jardins sud, des nouvelles membranes textiles des coupoles.

Les trois colis (l’un de 2,5T et les deux autres de 1,3T) qui contiennent les trois parties de toile ont été transportés, sur une distance d’une centaine de mètres, de la zone de livraison jusqu’à la toiture.

Les charges à manutentionner et les dimensions inhabituellement importantes des colis ne permettent pas le recours à des grues de grande capacité et à fort déport. En effet, la configuration du site et de ses bassins faisant office de douve interdisent le déploiement d’engins de levage possédant de telles caractéristiques. Cette opération a nécessité le déploiement d’un périmètre de sécurité autour du musée, des bâtiments annexes et des espaces extérieurs, et la restriction des accès du parc de la Villette.

À la suite de cet héliportage, sur le toit chaque morceau sera déplié sur l’ancienne toile gardée en place, puis maintenu en place temporairement avant la substitution des fixations de l’ancienne toile vers la nouvelle. Une fois fixée, la toile sera tendue petit à petit, pour atteindre la forme et la tension prévues. L’ancienne toile sera découpée en lès et évacuée via l’intérieur du musée. Cette opération de remplacement des toiles sera conduite sur une durée de 6 semaines.

Remplacement des bâches

À l’origine, l’enveloppe des coupoles était constituée de deux couches de toiles tendues en fibre de verre/PTFE, dont l’interstice était rempli d’isolant cousu sous forme de matelas. Sous l’effet de la gravité et de la condensation, le matelas isolant s’est très rapidement dégradé, et a été complètement retiré lors des travaux de 1991. Malgré ses bonnes propriétés isolantes, la complexité de mise en œuvre, la fragilité du complexe, et son opacité à la lumière ont conduit à modifier la nature de l’enveloppe.

Les deux toiles sont aujourd’hui remplacées par un complexe unique au monde (seuls quelques dizaines de bâtiments sont couverts de cette membrane), breveté par l’entreprise Birdair, dont le nom commercial est Tensotherm. Il combine, sur un même produit, deux toiles en fibre de verre enduite de PTFE, et une âme isolante en aérogel, d’environ 8 mm d’épaisseur.

Etat final