Le métal, matériau créatif pour l'architecture

Le métal est omniprésent dans l'arthitecture

Que ce soit en charpente, en structures rapportées et en surélévations, mais aussi dans tous les ouvrages visibles comme les escaliers monumentaux, les grilles, les garde-corps, qui donnent souvent la signature architecturale d'un bâtiment... le métal est omniprésent dans la construction. En matière de construction neuve, les chiffres publiés pour l'année 2016 font état d'une conjoncture bien orientée pour la construction métallique⁽¹⁾. En effet, si l'on excepte les marchés des bâtiments des secteurs Enseignement (- 10,1 % en surface de plancher), Sport/loisirs/culture (- 11,90%) et Santé (- 4,7 %), qui sont les moins importants pour la construction métallique, les autres marchés non résidentiels sont à la hausse : les bâtiments industriels (+ 3,1 %), agricoles (+ 5,8 %), commerciaux (+ 4,9 %), de bureaux (+ 7,3 %) et de stockage/logistique (+ 19,7 %). Sur ces cinq derniers marchés, l'acier est en majorité leader, et la part des différentes solutions acier - structures, façades, couvertures - est globalement stable ou à la hausse. En ce qui concerne le logement collectif, la croissance en surface de plancher s'élève à 3 % pour 2016.

Forte croissance de la construction métallique en rénovation

C'est cependant sur des secteurs émergents du marché de la rénovation que la construction métallique connaît sa plus forte croissance. « Nous réalisons de plus en plus de projets de charpentes métalliques en structures rapportées et en surélévation, par exemple pour la création de logements, relève Franck Perraud, directeur général de Perraud & Associés, une entreprise de charpente métallique et métallerie implantée à Saint-Jean-le-Vieux (Ain). Ce sont pour l'instant des niches de marché, mais elles se développent car la construction métallique permet de répondre aux problématiques des hyper-centres. »

Les maîtres d'ouvrage, qui cherchent aujourd'hui à optimiser l'espace disponible dans les « dents creuses » du tissu urbain et à atteindre des performances thermiques élevées, trouvent dans la construction métallique une alliée de premier plan. Les structures rapportées permettent en effet de réaliser des doubles enveloppes isolantes, tandis que la légèreté du matériau permet de construire en surélévation sans avoir besoin de renforcer les fondations existantes (une structure en acier est 5 à 6 fois plus légère que son équivalent en béton). Enfin, les profilés métalliques, fabriqués en atelier, peuvent se faufiler jusqu'au chantier ou être acheminés avec une simple grue, en demandant de faibles moyens de chantier qui limitent les emprises et les nuisances pour les riverains.

La charpente métallique pour la construction de bureaux

C'est encore l'optimisation qui fait le succès de la charpente métallique pour la construction de bureaux : « Les complexes de planchers à base de poutres métalliques ont l'avantage de pouvoir intégrer le passage de tous les réseaux et fluides du bâtiment, ce qui permet de réduire les plénums sous les planchers conventionnels, argumente Franck Perraud. En plus d'être techniquement séduisant, ce type de solution réduit la hauteur perdue sous plafond et peut aider à gagner un niveau de surface sur l'ensemble du bâtiment. » Par ailleurs, ces bâtiments conçus en acier permettent d'intégrer dès la conception des ouvrages de métallerie (escaliers, garde-corps, brise-soleil, coursives...), qui apportent une réelle signature architecturale.

Quelle performance thermique pour le métal?

Contrairement à certaines idées très (trop) répandues, le métal permet de répondre à l'ensemble des réglementations en vigueur. En premier lieu, et malgré la conductivité du matériau, il est tout à fait possible de construire en métal en respectant la réglementation thermique (RT 2012), sous réserve d'une phase de conception approfondie en amont du chantier. « Pour obtenir les performances thermiques souhaitées, il est nécessaire de prendre en compte, dès la conception et avec une grande précision, à la fois l'isolation des façades, le contreventement des parois verticales qui garantit la stabilité du bâtiment, et le positionnement des ouvertures, commente Étienne Lebrun, directeur du cabinet parisien d'architecture et d'ingénierie Lebrun.

Après, il n'est plus possible de modifier les plans en phase chantier. » Pour obtenir une isolation thermique performante, il existe aujourd'hui un grand nombre de solutions sous forme de façades ou de bardages rapportés qui, intégrées dans les épaisseurs plus faibles des structures poteaux-poutres métalliques, donnent des parois plus minces et permettent ainsi de gagner une surface habitable appréciable. En mettant en œuvre les panneaux isolants à l'extérieur de la structure métallique et devant les rives de plancher, on obtient une isolation thermique par l'extérieur (ITE) qui supprime les ponts thermiques, l'une des exigences majeures de la réglementation. Attention toutefois aux toitures-terrasses, qui doivent être traitées avec une dalle béton coulée sur un bac acier et des relevés d'acrotères en béton, pour maîtriser à la fois l'isolation et l'étanchéité du bâtiment.

Pour le maître d'œuvre et les entreprises, le défi essentiel consiste en définitive à maîtriser les entrées d'air, en soignant la mise en œuvre du complexe isolant intérieur - membrane d'étanchéité et doublage isolant - et en veillant à la bonne intégration des menuiseries et à la reprise d'isolation pour toutes les traversées effectuées en façade pour les équipements techniques. Pour Franck Perraud, ces performances thermiques sont même une des raisons du développement des structures rapportées en métal⁽²⁾ : « La construction de terrasses et balcons dans les habitations se fait aujourd'hui de plus en plus en métal, ce qui permet de lutter efficacement contre les ponts thermiques en nez de dalle, et de mettre en œuvre toutes sortes de vêtures isolantes. » Dernier atout en matière thermique, les structures rapportées en métal se prêtent à l'intégration de brise-soleil en façade, dans le cadre d'une conception bioclimatique du bâtiment. Une solution alternative à la climatisation, de plus en plus appréciée pour l'amélioration du confort d'été.

Réponses aux autres exigences réglementaires

Il est également nécessaire de rappeler que la construction métallique répond tout aussi bien à la réglementation incendie. « Que ce soit dans les logements ou dans les ERP, il existe des solutions consistant, soit à habiller la structure avec des plaques pare-flamme, soit à réaliser un flocage - ce qui est moins esthétique - pour obtenir la stabilité au feu exigée », précise Étienne Lebrun. Il n'y a pas d'obstacle non plus en ce qui concerne l'acoustique, à condition de procéder à un habillage de la structure métallique pour ne pas qu'elle « résonne ». Les performances réglementaires peuvent être obtenues soit par flocage, soit en intégrant un isolant acoustique dans les plaques pare-flammes et dans les planchers - par exemple, dans les solutions mixtes béton/acier, entre le bac acier et la chape en béton. Enfin, la légèreté des structures métalliques est un atout pour répondre aux exigences de la réglementation sismique : elles peuvent en effet reprendre plus facilement les efforts horizontaux des séismes, en exigeant des fondations moins importantes, à condition que le contreventement soit bien réalisé. Les charpentes métalliques présentent une capacité à absorber les déformations, rendue possible par la ductilité du matériau et les types d'assemblages utilisés pour la charpente. Pour obtenir une information complète et actualisée sur les réglementations et les normes en vigueur dans la construction métallique et la métallerie, les maîtres d'ouvrage et maîtres d'œuvre ont à leur disposition le site Métal'Normes, réalisé par l'Union des métalliers (FFB Métallerie), qui est en libre accès⁽³⁾.

Filière sèche et recyclage

Pour les maîtres d'ouvrage, la construction métallique présente les avantages d'appartenir à la filière sèche : la charpente est fabriquée en usine, en « temps masqué », il ne reste donc plus qu'à l'assembler sur site comme un grand Meccano de précision, ce qui permet de réduire de façon significative les délais de chantier. Qui dit filière sèche dit aussi peu d'équipements techniques sur le chantier et réduction des nuisances dans les zones à forte densité urbaine : l'assemblage, principalement par boulonnage, génère peu de bruit et peu de déchets de chantier. La principale contrainte : disposer de fondations pour pouvoir ancrer la charpente, au sol s'il s'agit d'un bâtiment de plain-pied, ou sur le bâtiment existant s'il s'agit d'une surélévation. « Les avantages de ce mode constructif sautent aux yeux quand il s'agit par exemple de réaliser une extension de bâtiment en fond de cour, argumente Étienne Lebrun. On peut alors faire entrer les profils métalliques par le bâtiment qui est sur rue et les lever au moyen d'une simple grue, en limitant au minimum les emprises au sol. » Tout en permettant aussi, par exemple, de réduire au minimum le temps de fermeture pour travaux d'un établissement scolaire ou d'un ERP.

Tous ces points forts expliquent l'essor de la construction métallique dans l'extension et la surélévation, sans oublier certaines réhabilitations, notamment de bâtiments patrimoniaux situés en centre-ville, qui impliquent des reprises de structures. Pour la mise en conformité des planchers anciens sur le plan de la protection incendie ou acoustique, la solution d'une structure en poutres métalliques permet de faire passer toutes les gaines techniques de chauffage ou de climatisation, tout en conservant l'esthétique des vieux planchers en bois, en délocalisant la fabrication en usine pour simplifier le phasage du chantier.

Contrairement à une autre idée reçue, le métal n'est pas non plus un matériau défavorable à l'environnement : près de 12 tonnes d'acier sont recyclées dans le monde à chaque seconde, soit environ 700 tonnes par minute. Ainsi, sur une production mondiale d'acier de 1,41 milliard de tonnes (2010), la proportion d'acier issue du recyclage est de l'ordre de 40 % de la production mondiale, ce qui préserve d'autant les ressources naturelles, notamment en minerai de fer. D'autre part, l'acier se recycle indéfiniment, sans altération de ses capacités mécaniques : près de 90 % des aciers longs utilisés dans la construction sont issus d'acier recyclé, et près de 40 % pour le zinc dans le cas des aciers galvanisés. Depuis les années 90, les aciéristes et galvanisateurs européens n'ont cessé d'améliorer leurs process industriels et sont parvenus à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre à hauteur de 18 %, une proportion bien supérieure à l'objectif de 8 % fixé par l'Union européenne⁽⁴⁾. Une construction en charpente métallique présente aussi l'avantage de se démonter proprement en fin de vie du bâtiment, sans production de déchets, tout en simplifiant la séparation des matériaux et leur orientation vers les filières de recyclage. Ces éléments seront des atouts pour la construction métallique dans le cadre de la future Réglementation environnementale (RE 2020) pour les bâtiments neufs, qui prendra en compte, en plus de la consommation énergétique (BEPOS), le critère des émissions de CO₂ consécutives à la construction du bâtiment.

Conception 3D et anticorrosion

Faire la chasse aux idées préconçues concernant le métal, c'est aussi rappeler qu'il s'agit d'un matériau tout à fait actuel, qui répond aux nouvelles façons de concevoir et de construire, ainsi qu'aux attentes des maîtres d'ouvrage et maîtres d'œuvre. La métallerie est en pleine évolution : si on a longtemps demandé aux métalliers de savoir tout faire pour pouvoir traiter des lots complets - de la toiture au garde-corps, de la porte de garage jusqu'aux portails et clôtures en limite de propriété -, la progression des exigences techniques a orienté la majorité des entreprises vers une spécialisation.

Certaines se sont équipées de machines automatiques, pour faire notamment des assemblages vissés ; d'autres ont adopté les technologies de la commande numérique pour les opérations de débit ou de pliage, voire de la découpe au laser pour les formes complexes, quand certaines travaillent encore de façon semi-manuelle et proche de l'artisanat. Une chose est sûre : un nombre croissant de métalliers maîtrise aujourd'hui le dessin en 3D, et de plus en plus sont aptes à intégrer une méthode BIM.

« Quand nous faisons la conception d'un escalier en 3D, nous intégrons déjà les contraintes des autres corps d'état, comme par exemple le passage d'une gouttière, explique Jérémy Blanche, dirigeant de la Métallerie de l'Authion, implantée à Mazé (Maine-et-Loire). Étant donné qu'ils interviennent en dernier sur le chantier, en apportant une touche architecturale au bâtiment avec des ouvrages réalisés au millimètre, les métalliers croient beaucoup au BIM, qui permettra de gagner en précision et de s'adapter très en amont aux besoins du projet. » Pour tirer pleinement parti de cette nouvelle méthode, les métalliers plaident pour que le BIM ne soit pas seulement synonyme de travail supplémentaire pour le bureau d'études, mais soit étendu à la totalité d'un projet, de la conception jusqu'à la maintenance, afin que la valeur ajoutée de leurs produits, notamment leur durabilité, soit prise en compte pendant toute la durée de vie du bâtiment jusqu'à son démantèlement.

Dernière idée reçue, mais pas des moindres, concernant le métal : il serait sujet à la corrosion. « Sur ce point essentiel, il faut être tout à fait clair. Un ouvrage en métal bien conçu, bien protégé et bien entretenu résiste très longtemps à la corrosion, affirme Jérémy Blanche. Encore faut-il que le maître d'ouvrage ait prescrit le bon traitement, avec suffisamment de précision, ou si ce n'est pas le cas, que le métallier ait exercé son devoir de conseil. » On sait qu'il existe des moyens efficaces de lutte contre la corrosion, depuis les moyens lourds comme la galvanisation (seule technique protégeant l'intérieur des corps creux), jusqu'à des solutions plus légères mais ayant leurs limites (laquage riche en zinc pour les parties extérieures des profilés acier), à déterminer en fonction de la destination de l'ouvrage⁽⁵⁾. Le choix de rogner sur les budgets anticorrosion dans le but de faire des économies est une erreur de calcul : en l'absence d'un traitement de surface adapté dès le départ, l'ouvrage est exposé à des déconvenues, en particulier à un sinistre précoce. Autrement dit : en aucun cas, une simple couche de peinture ne protège durablement un ouvrage en métal. En réponse à cette problématique, on constate un développement de la métallerie en acier inoxydable, dont le coût reste un peu plus élevé.

Infinité de formes et de finitions

Enfin, l'acier est synonyme de créativité pour l'architecte, qui peut exploiter les grandes portées autorisées par la résistance mécanique très élevée du matériau pour concevoir des structures élancées laissant une grande part à la lumière. Pour la réalisation d'ouvrages de métallerie et de serrurerie, la rigidité de l'acier se prête à une utilisation en trois dimensions, avec une grande diversité de formes pour la réalisation d'escaliers monumentaux, de garde-corps, de façades en résille métallique... « La métallerie d'aujourd'hui s'étend des ouvrages de ferronnerie traditionnelle qui peuvent être demandés par les architectes des Monuments nationaux pour la réhabilitation du patrimoine, aux ouvrages conçus avec des outils en 3D couplés avec la découpe laser, qui autorisent les formes les plus sophistiquées, déclare Vincent Schaffner, dirigeant de la métallerie Schaffner, implantée à Duppigheim (Bas-Rhin). Disons qu'on peut quasiment tout faire en métal. » À cette polyvalence du matériau, s'ajoute une infinité de finitions possibles, de l'inox aux patines oxydées, du thermolaquage au polissage, jusqu'aux différentes texturations. Des ouvrages monumentaux - façades, escaliers... - peuvent être réalisés par fabrication de modules assemblés ensuite sur le site par soudage, ce qui est une exclusivité du métal. Lequel peut aussi être associé à d'autres matériaux de construction, par exemple des marches d'escalier en béton ou encore des panneaux de façade en bois, ou participer à une esthétique « total look » avec des bardages en métal. Ainsi, l'association du métal et du verre est la signature de nombreux bâtiments contemporains. Pour Bertrand Genault, directeur général de Seraba, une entreprise de serrurerie et métallerie implantée à Ablis (Yvelines), le prestige des ouvrages en métal est aujourd'hui reconnu des acteurs de la construction, la difficulté étant davantage de parvenir à les vendre à leur juste prix. « Il est possible par exemple de réaliser des menuiseries extérieures en acier, à la fois très fines, de grandes dimensions et très performantes sur le plan thermique, explique-t-il. En plus de leur potentiel architectural, de tels produits ont une durée de vie de 100 ans, trois fois plus qu'une menuiserie ordinaire, mais les maîtres d'ouvrage doivent intégrer leur coût, nécessairement plus élevé que celui d'autres fenêtres. » En autorisant grandes portées et finesse des lignes en structure, et en offrant une infinie diversité de tonalités architecturales, le métal est plus que jamais un élément de différenciation pour une construction contemporaine de qualité.