World Trade Center ( New-York )

=> Quelles sont les solutions innovantes retenues par le constructeur pour obtenir les performances souhaitées ?

=> Ces solutions correspondent-elle à un bon compromis pour le développement durable ?


1/ Présentation
La World Trade Center est un immeuble situé dans la ville de New York, conçu par l’architecte Minoru Yamasaki et a été inauguré le mercredi 4 avril 1973.
Il a était construit après la seconde guerre mondial pendant une période ou les États-Unis
connaissaient une grande période économique (1958 – 1973). Marquées par un incendie le 13 février 1975 puis par un attentat à la bombe le 26 février 1993, les tours jumelles ont été intégralement détruites par deux avions détournés le 11 septembre 2001.

2/ Structures porteuses
A – Analyse
La structure porteuse était conçu en acier et de béton. Elle est présenté verticalement comme si la largeur du bâtiment est tangente à la sphère de la Terre, puis perpendiculairement au plancher. Il y a également un réseau interne qui constitue le noyau central.
Des poutres étaient aussi mises en place transversalement pour stabiliser et rigidifier l’ensemble.
Les poutres qui soutiennent les planchers étaient des poutres treillis reliées d’un côté à une façade, et de l’autre, au centre de la tour.

Source : LP2i

Source : LP2i. De manière simple, vous pouvez visiter une autre image en cliquant sur ce lien ( Source : twintowerstpedot.wordpress.com )

B – Expérimentation
Avec notre expérimentation, nous avons déduis la force exercée par un objet pesant 500 g, sur une poutre en bois.

Force exercée sur une masse de 500 g

Source : LP2i

Par estimation, en mesurant la flèche, on obtient 90 mm pour une poutre d’un mètre de long. Dans un cas général, nous déduisons numériquement la charge unitaire :

Données :
$ b = 15 \: mm $ : “base de la poutre” ( en m )
$ h = L = 1 \: m $ : “hauteur ou longueur de la poutre” ( en m )
$ I_G = \frac{b \cdot h \cdot ( b^2 + h^2 )}{12} \iff I_G = 12.5 \: dm^{4} $ : “moment quadratique de la poutre” ( en m4 )
$ E = 10 \: GPa $ : “pression” ( en Pa )
$ f = 90 \: mm $ : “flèche” ( en m )
$ p = ? $ : “charge unitaire” ( en N·
m-1 )

\[
f = \frac{5 \: p \: L^{4}}{384 \: E \: I_G } \iff \: p = \frac{384 \: E \: I_G \: f}{ 5 \: L^{4} } \iff p = 86 \: 419 \: 440 \: N \cdot m^{-1}
\].
La charge unitaire est donc de 86 MN/m.
C’est pour cela que le concepteur a choisi de mettre plusieurs planchers ( Voir 2 partie A en une image ) pour que la charge unitaire et la flèche soit approximativement nulle.

3/ Destruction des deux tours
A – Lors de l’attentat du 11 septembre 2001
Le premier impact est celui de la Tour du Nord à 8h46, tandis que le deuxième impact est celui de la Tour du Sud à partir de 9h02. Il a fallu 102 minutes pour qu’il y ait un flambage de la Tour du Nord, et 56 minutes pour la Tour du Sud. Ce flambage provient de la flexion d’un poteau en acier, qui est passé de l’état solide à l’état liquide.
Pendant leurs impacts, à l’intérieur des deux tours, les températures ont atteint 1000°C ( maximum ) et les différents aciers ont pu atteindre les 700-800°C. Pour prendre un exemple avec l’eau, elle peut passer de l’état solide à l’état liquide lorsque la température est supérieure à 0°C ( jusqu’à 100°C ). D’une manière générale, on dit qu’elle est flexible comme une règle Maped mais verticalement.

 

Incendie WTC

La colonne ( en acier ) déformée avec l’incendie ( à l’intérieur de la World Trade Center ); Source : FEMA, Chapitre 2, 2002

En une autre image, on peut constater qu’une fois que l’avion est rentrée en s’autodétruisant, il faut que les poutres non-coupées tiennent n fois plus que les poutres coupées ( Exemple sur la Tour du Nord coupée par le premier avion ) :

Pendant les attentats du 11 septembre. Source : Slate.fr

Pendant les attentats du 11 septembre. Source : Slate.fr


B – Exemple avec Mario portant Luigi

( en cours… )

Etude 4 G2 E8 Exemple simple flexibilite dune poutre

Source ( pour les images prises ) : spriters-resource.com

Pour cela, il faut que Mario se tienne debout pour une longue durée comme pour la Tour Eiffel.

On note :
$ \overrightarrow{P} $ : le poids de Luigi ( légendé schématiquement en rose )
$\overrightarrow{R_{muscle}}$ : la force tenue par Mario ( légendé schématiquement en vert )
$\overrightarrow{R_{left}}$ : Bras gauche de Mario
$\overrightarrow{R_{right}}$ : Bras droit de Mario
$ \overrightarrow{R} = \overrightarrow{R_{left}} + \overrightarrow{R_{right}} $

Si on veut que les poutres soient équilibrés, en 2 équations, on a :
$ \overrightarrow{R_{left}} = \overrightarrow{R_{right}} = \frac{1}{2} \overrightarrow{P} $

Si : $ \sum \overrightarrow{F_{i}} \neq \overrightarrow{0} $ , alors Mario risquera de se faire aplatir. Notamment, le bâtiment risquera de se flamber.

Si : $ \sum \overrightarrow{F_{i}} = \overrightarrow{0} $ , alors Mario tiendra toujours debout. Le bâtiment reste solide et fixe.

C – Calculs de la vitesse d’effondrement lors du flambage des deux tours
Lors du flambage, en déterminant physiquement la vitesse d’effondrement, nous appliquons les 3 formules particulières afin d’en déduire les résultats trouvés.

Données :
$ d_1 = 526.6 \: m $ : Hauteur de la Tour du Nord ( avec l’antenne )
$ d_2 = 415.3 \: m $ : Hauteur de la Tour du Sud
$\overrightarrow{g} = 9.81 \: m \cdot s^{-2} $ : Accélération de la pesanteur
$ m = 485 \: kt $ : Masse des deux tours jumelles

Déterminons le temps nécessaire pour que les deux tours s’effondre en allant de leur hauteur jusqu’au sol :
\[
t_{WTC North} = \sqrt{ \frac{2 d_1}{ \overrightarrow{g} } } \iff \: t_{WTC North} = 10.36 s
\].
\[
t_{WTC South} = \sqrt{ \frac{2 d_2}{ \overrightarrow{g} } } \iff \: t_{WTC South} = 9.2 s
\].

Calculons la vitesse d’effondrement :
\[
v_{WTC North} = \overrightarrow{g} \times t_{WTC North} \\ \iff \: v_{WTC North} = 101 m \cdot s^{-1} \: \iff \: v_{WTC North} = 365 \: km \cdot h^{-1}
\].
\[
v_{WTC South} = \overrightarrow{g} \times t_{WTC South} \\ \iff \: v_{WTC South} = 90 m \cdot s^{-1} \: \iff \: v_{WTC South} = 324 \: km \cdot h^{-1}
\].

Une fois que la vitesse d’effondrement est déduite, nous calculons l’énergie cinétique :
\[
W_{WTC North} = 2^{-1} m \cdot {v_{WTC North}}^2 \\ \iff \: W_{WTC North} = 2.505 \: TJ
\].
\[
W_{WTC South} = 2^{-1} m \cdot {v_{WTC South}}^2 \\ \iff \: W_{WTC South} = 1.975 \: TJ
\].

En sachant qu’avec l’énergie dégagée par la destruction des deux tours, c’est presque équivalent à une masse allant de 472 à 598 tonnes de TNT.
Par estimation, certains habitants ont déterminé réellement ( sans précision ) le temps d’effondrement jusqu’au sol, approximativement 11.5 s ( pour la Tour du Sud ) & 12.6 s ( pour la Tour du Nord ). C’est la réaction du reste de la tour qui a permis de tenir le fragment du bâtiment ( qui est coupé en 2 ). C’est pour cela qu’on a pris un exemple avec Mario portant Luigi.

4/ Conçu pour le développement durable après les attentats du 11 septembre ?

Avantages Inconvénients
– Recyclage de l’acier

– La structure porteuse a résisté pendant 100 minutes avant que l’acier soit fondu

– Coût des dégâts très élevé pour l’état, la ville & la société

– Structure porteuse non-convenable

– Beaucoup de matériaux nocifs ( ex : Amiante )

– Beaucoup de personnes gravement malade ( poussières toxiques + incendie )

– Coefficient de sécurité trop important ( s > 2.5 )

 

5/ Conclusion

– La WTC s’est effondrée et a causé des dégâts très importants accompagnés de matériaux nocifs ainsi qu’un nuage de poussière toxique. La conception du bâtiment n’a pas pu respectée la contrainte sur la sécurité ( c’est-à-dire la solidité du bâtiment ). Mais si on protège l’acier avec du béton, elle aura un avantage sur la sécurité mais un inconvénient pour l’environnement ( impact sur l’environnement ).
– La structure porteuse doit être présenté autrement car il y a des risques de flambages ( voir 2 partie A ).

Centre nautique de Bayonne

Problématique: Pour le bâtiment ou la construction choisi par votre équipe :  

– Quelles sont les solutions innovantes retenues par le constructeur pour obtenir les performances souhaitées ?

– Ces solutions vous paraissent-elles correspondre à un bon compromis en terme de développement durable ?

Notre équipe étudie le Centre nautique de Bayonne, construit en 2010 et dont la caractéristique est d’être Haute Qualité Environnementale (HQE)1(source:http://architopik.lemoniteur.fr/index.php/realisation-architecture/centre_aquatique_des_hauts_de_bayonne/4629)

 

  • Introduction

 

Dans le cadre du plan de rénovation et de redynamisation urbaine lancé par la Ville de Bayonne, un nouveau centre aquatique a été implanté dans le quartier des Hauts de-Bayonne, prenant en compte les critères et exigences du développement durable et de l’éco-conception.

La municipalité́ a souhaité que cette construction soit labellisée Haute Qualité́ Environnementale (HQE). Ainsi, afin de respecter les contraintes du développement durable, le site propose:

  • une “parfaite” intégration du bâtiment dans le paysage ;
(http://architopik.lemoniteur.fr/medias/programme/projet/format/resize/4601/format4/projet_4629/h300coupe_540_360.jpg)

une “parfaite” intégration du bâtiment dans le paysage

(http://architopik.lemoniteur.fr/medias/programme/projet/format/resize/4601/format4/projet_4629/h300coupe_540_360.jpg)

  • une utilisation de matériaux sains et recyclables ;

 

  • une toiture végétale favorisant la gestion des eaux pluviales et participe à l’intégration du bâtiment dans le paysage ;

    une toiture végétale favorisant la gestion des eaux pluviales

  • une exploitation maximale des éclairages naturels ;

    une exploitation maximale des éclairages naturels

  • un bassins en inox permettant de limiter le traitement physico-chimique de l’eau car sa surface lisse empêche la fixation d’algues ou de champignons et facilite l’entretient, de monter plus rapidement en température et d’assurer une plus grande durée de vie des structures (de 20 à 40 ans). C’est de plus un matériau recyclable, léger et souple (résiste aux déformations dues aux mouvements de terrains ou aux légers choc par exemple). Mais cela reste tout de même un produit “de luxe”.  

 

  • La structure porteuse

 

  • Elle est constituée d’une charpente en bois lamellé collé, de poteaux ronds en bois et d’éléments verticaux en béton armé.
  • —->      Pourquoi le lamellé collé? 
  • Comme son nom l’indique, ce matériaux est composé de lamelles de bois collées, permettant ainsi de faire de grandes pièces de bois que l’on ne pourrait pas obtenir avec un arbre, de faire des formes complexes et comme il est très homogène, il possède de bonnes propriétés techniques. Cependant, c’est un matériaux qui reste cher. Cliquer ici pour plus d’information.
wuyanliuse

Schéma Structure porteuse Source: document Bac STI2D 2012

jiantou

déformation maximale de l’arbalétrier

La flèche, ici notée Umax, située à 15,85 m du nœud 4, est égale à:

Umax = 1.62*10-2* ((P2*L)/(E*I))

où E: module de Young du matériau constitutif de la poutre, en MPa

Bois Lamellé collé : E = 10 000 MPa

I : inertie de la section de la poutre, en m4  et I = (b*h3)/12 où b et h sont la largeur et la hauteur de la poutre

P2: charge appliquée dans la poutre, en N/m

L: portée de la poutre, en m

Umax: flèche maximale de la poutre, en m

  • Critère de flèche :

Les règlements de la construction imposent une valeur limite à cette flèche :

  • cas du bois lamellé collé : Umax ≤ L/250

 

On calcul le moment quadratique du lamellé collé:

Donc ici Umax =1.62*10-2* ((8570*10-6*31.664)/(10000*I))

=  1.62*10-2* ((8570*10-6*31.664)/(10000* ((b*h3)/12))

On calcul  pour la poutre L*C 230*2000

donc Umax  =  1.62*10-2* ((8570*10-6*31.664)/(10000* ((0.230*23)/12)) = 4 408 333m

 

 

 

 

 

  • La démarche de cette construction labellisée HQE

 

La démarche HQE vise à améliorer la qualité environnementale des bâtiments neufs et existants , c’est à dire à offrir des ouvrages sains et confortables dont les impacts sur l’environnement , évalué sur l’ensemble du cycle de vie ,sont les plus maitrisés possibles .C’est une démarche d’optimisation multcritère qui s’appuie sur une donnée fondamental :un bâtiment doit avant tout répondre à un usage et assurer un cadre de vie adéquat à ses utilisateurs .

 

Pour obtenir cette  labellisation HQE, la construction doit être la réalisation de  :

  • le respect d’une démarche d’éco-construction ;

 

  • l’optimisation de la gestion et de la maintenance technique des installations ;
  • le confort visuel.

Cibles éco-construction

« L’espace de 1 480m2 ouvre sur le jardin et offre une vue sur la ligne des Pyrénées Sur le solarium extérieur, les baigneurs sont à l’abri des regards depuis la chaussée.».

Pour des bâtiments avec leur environnements , Il y a une  parfaite intégration paysagère dans cette nouvelle construction. Ce centre aquatique est adossé aux courbes du terrain en une forme de coque . L’originalité réside dans le choix des matériaux, dont le grand bassin réalisé en inox, et le confort acoustique assuré par un mélange de panneaux en bois au plafond et de cellules végétalisées, tels des jardins suspendus, dans la paroi entre le bassin et les vestiaires.

Le versant environnement du centre aquatique est aussi dans ce qui ne se voit pas : la récupération des eaux pluviales, la production de 50 % de l’eau chaude sani- taire grâce à 70 m2 de panneaux solaires thermiques, une pompe à chaleur réversible de 275 kilowatts, et l’utilisation de la chaleur de l’eau de débordement pour le chauffage.

cellule végétalisée dans les parois

cellule végétalisée dans les parois

cellule végétalisée dans les parois

Matériaux renovelables

Il y a trois  matériaux recyclables utilisés dans la construction de la piscine, permettant de mettre en avant les 2 cibles d’éco-construction visées dans cet ouvrage .

Matériaux  : inox       Bois (epicea, sapin des Vosges) Cellule végétalisée
Localisation     Bassin charpente Paroi intérieure

 

 

la gestion de l’entretien et de la maintenance

Cette piscine est dotée d’un réseau informatique et d’un accès à internet permettant une gestion à distance de tout le système technique.

Cet environnement informatique permet de :

  • détecter et résoudre rapidement des problèmes de manière à répondre rapidement aux besoins de santé et de confort des usagers ;
  • • limiter au maximum les déplacements des techniciens et ainsi participer à la diminution d’émission de CO2.

 

 

 

  • Réseaux informatiques

 

On utilise la technologie ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) sur le réseau local pour relier WAN ( width Area Network). En plus le routeur modem ADSL a la fonction de passerelle, donc l’organisation physique du réseau offre bien la possibilité d’une gestion à distance depuis internet.  LAN (Local Area Network) peuvent communiquer entre elles et avec le routeur parce que toutes les adresses sont de la forme 192.168.1.x/24. de plus si les machines disposent l’adresse de passerelle 192.168.1.1 alors elles peuvent communiquer avec internet et ainsi avec la gestion à distance.  

le serveur GTB local récupère les différentes informations que les automates lui envoient toutes les minutes et le serveur local envoie les ordonées au serveur distant .

4

Structure du réseau informatique

 

  • Réseau hydraulique

 

Dans ce bâtiment, il y a un bassin de nage que couvre une surface de 510 m², c’est un nage thermostaté avec la température entre 28 et 30°C. Normalement, après que quelqu’un nage, il y a des cheveux ou des déchet inutiles flottants dans l’eau. C’est le signe d’un défaut du système de traite des eaux. L’eau du bassin de nage est filtrée par un traitement chimique.

Pendant tout le circulation, y a 4 fonctionnement: filtrage, lavage, rinçage, vidange.

Filtrage:

L’eau du bassin de nage suit le cheminement suivant:

-recueillir par les goulottes positionnées sur la périphérie du bassin représente 70% du débit d’eau filtré

-collecter par des grilles de fond constitue le complément (30% du débit)

-première fois filtre dans un pré-filtre

-ajouter le floculant pour coaguler les impuretés

-deuxième fois filtre par 2 filtres à sable fonctionnant simulatnément

-chauffer

-réinjecter dans le bassin de nage

Dans le traitement de l’eau du bassin de nage, il y a deux pompes montées en parallèle pour réalisé la circulation. Chaque pompe assurent 50% du débit.

 

Lavage:

Le lavage des filtres à sable est obtenu par circulation inversée d’eau à travers le filre. Le lavage des filtres à sable a deux pompes pour accroître la vitesse de circulation de l’eau dans le filtre.

Quand la pression en amont des filtre dépasse la valeur fixée, la alarme technique est générée, c’est le signe que le filtre est encrassé et pour protéger le lavage des filtres.

 

Rinçage:

Avant de l’eau repasser, il vais évacue le résidus dans la bâche tampon des contre-lavanges.

 

Vidange:

Il vais en utilisant les pompes de recyclage à diriger l’eau vidangée vers la bâche tampon des contre-lavanges.

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Phase de filtrage des eaux du bassin

Groupe 7: Solène Dumas-Grollier , Sijia Li, Minting Shen, Yixuan He

Écoquartier d’Issy-les-Moulineaux

Le quartier se situe au Sud de Paris en Haut-de-Seine.

plan modélisation fort blog

Nous allons dans cette article étudier différentes facettes de cet éco-quartier par des systèmes et des chaînes, en effet nous allons voir le système de collecte pneumatique des déchets de l’éco-quartier mais aussi le chauffage en voyant sous plusieurs aspects, premièrement en tant que chaine d’énergie non-mécanique et deuxièmement en tant que chaine d’acquisition avec un capteur analogique. Nous ajouterons à cela une expérimentation au niveau thermique.On étudiera également le système MyHome qui centralise les domaines à l’intérieur des appartements ( éclairages, stores, chauffage etc …) puis nous verrons aussi la structure porteuse des appartements.

Le LP2I

Le LP2I

 

Le LP2I fut construit en 1987, par un architecte du nom de François-Xavier Désert et l’agence Architecture-studio.

Construction du lycée. https://fr.wikipedia.org

 

Sa structure porteuse :

On observe que le sol est en fait une dalle soutenue par des poutres elles même soutenues par des poteaux. Ceux ci sont alignés de haut en bas du rez de chaussé au 4ème étage.

IMG_20160512_111355

Dalle soutenue par la poutre. LP2I

 

Les différentes poutres sont reliées aux poteaux par des pièces métalliques elles servent à répartir la masse des poutres et de la charge qu’elles portent au centre du poteau. En voici une :

IMG_20160512_111408

Pièce métallique reliant les poutres. LP2I

 

Le lycée est constitué de nombreuses poutres et structures porteuses, on remarque que dans la cour intérieure les fenêtres sont petites car elles doivent laisser suffisamment d’espace pour des poteaux passant entre elles.

Cour intérieure du lycée. http://www.projetcelestin.fr

Le béton est renforcé par des barres d’acier comme dans les poutres par exemple. Cet alliage se nomme du béton armé.

Exemple de ferraillage d’un poteau (béton armé). http://www.larousse.fr

 

Pour les grands espaces, comme la cafétéria au lieu d’utiliser des poteaux comme pour le reste du bâtiment il y a trois grandes structure triangulaire qui portent tout l’espace autour du vide du 1er au 4ème étage. On peut observer qu’ils sont creux. Cette structure, de part sont originalité se démarque et représente une certaine forme d’innovation. De plus sa forme compacte lui permet d’éviter les échanges de chaleur économisant de l’énergie.

Vue extérieure du lycée. http://www.lp2i-poitiers.fr/

Chaîne d’énergie de l’éclairage

Chaîne d’énergie de l’éclairage. LP2I

Le réseau WiFi du lycée

Le lycée dispose de son propre réseau WiFi. Sa gestion est centralisé et de nombreuses bornes sont disséminés dans l’enceinte du lycée. On ne peut en rajouter actuellement, en effet le lycée est saturé en bornes. Si l’on décidait d’en rajouter cela créerait des interférences.

borne_wifi

Borne WiFi. LP2I

La coupole (toît amovible)

Vidéo de la coupole en action :

Sa chaîne d’énergie :

La coupole du lycée est une partie du lycée représentative permettant de montrer aux gens le côté innovant du lycée.

Chaîne d’énergie de la coupole. LP2I

Son alimentation électrique est 380V. Elle peut réaliser la commande automatique ( la coupole bouge ) avec le capteur anémomètre. Il va être actif lorsque la vitesse du vent est supérieure à 60km/h, grâce au système poulie courroie.

Sources de l’article :

Wikipédia