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Construire sur des bases solides

18-12-2015

164 kilomètres. C’est la taille du plus long pont du monde qui relie la ville de Danyang à celle de Kunshan en Chine. Plus long que la distance qui sépare Montréal de Trois-Rivières ! Du côté des gratte-ciel, le record revient à Dubaï et à sa tour de 828 mètres. Comment ces édifices font-ils pour tenir debout ?

Les bâtiments que nous construisons ne dérogent pas à la règle, ils doivent résister à cette force qui attire tout ce qui trouve sur la Terre vers le bas, la gravité. Et pour ne pas s’écrouler, ils doivent également supporter les forces de compression et de tension. Il s’agit là de deux forces opposées, la première rétrécit la matière, comme lorsque tu appuies avec tes deux mains de chaque côté d’une éponge. La deuxième étire la matière comme lorsque tu tires de chaque côté d’un élastique. Pour construire de gros édifices comme des ponts et des gratte-ciel, il faut tenir compte de ces forces.

Il existe toutes sortes de ponts, mais il s’agit souvent de variantes de trois types particuliers. Les connais-tu ? Les ponts à poutres sont les plus simples et les moins solides, car le poids est réparti uniquement sur les piliers. La partie supérieure de la travée (zone située entre deux piliers) rapetisse sous l’effet de la compression tandis que la partie inférieure s’allonge sous la tension. Si ces deux forces sont trop importantes, le pont cèdera. Il est possible de renforcer ce type de pont en ajoutant un ensemble de barres qui forme plusieurs triangles comme sur le pont de Québec. En effet, l’avantage du triangle est qu’il redistribue le poids dans toute sa structure. Les ponts à arches, comme le pont Laviolette à Trois-Rivières, sont relativement plus solides, car le poids est réparti sur une large zone. Il suffit de multiplier les arches pour l’agrandir. Enfin, les ponts suspendus sont les plus solides. Le pont Pierre-Laporte à Québec en est un. La tension est transférée à des câbles profondément enterrés dans le sol tandis que la force de compression est transmise aux pylônes fixés dans le sol.

Toutes les grandes métropoles abritent aussi leur lot de gratte-ciel. Ils peuvent peser jusqu’à plusieurs centaines de milliers de tonnes, tout ce poids n'étant réparti que sur une petite surface au sol ! Généralement, ils sont composés d’un noyau central qui assure la rigidité de l’édifice. Celui-ci contient souvent les ascenseurs. Le bâtiment est « habillé » d’une superstructure en acier qui distribue les forces de compression et de tension jusque dans les fondations. Certaines sont enfouies à 100 mètres sous le sol, un peu comme les racines d’un arbre, elles stabilisent le gratte-ciel. Le vent peut aussi faire osciller le sommet de la tour de plusieurs dizaines de centimètres et provoquer un « mal de mer » chez les occupants ! Pour contrer ce problème, les architectes ont recours à des amortisseurs. La tour Taipei 101 à Taïwan abrite une boule d’acier de 600 tonnes suspendue dans la partie haute de la tour pour contrebalancer les effets du vent !

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