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Défis techniques du verre pour les gratte-ciels «Megatall»

Bertrange, Luxembourg, le 28 juin 2018 – Le verre des gratte-ciels « megatall » (c'est-à-dire des gratte-ciels d’au moins 600 mètres de haut) tend souvent à être considéré comme acquis techniquement. Pourtant, le vitrage de haute technologie et de haute résistance qui couvre les bâtiments megatall d'aujourd'hui - tels que la tour Burj Khalifa à Dubaï - est aussi important pour la performance du bâtiment que l'acier et le béton qui le composent.

Quand il s'agit de structures megatall, les principaux défis sont la pression du vent, les différences de température et d'altitude, et la condensation.

Près du sol, le vent est perturbé par les arbres et les autres bâtiments, mais au fur et à mesure qu'une tour s'élève, ces obstacles disparaissent. Elle fait alors face à la force totale et non obstruée du vent.

D'autres facteurs importants sont la lumière et la chaleur. Les bâtiments élevés, en raison de leur très grande masse de chaleur intérieure, ont tendance à avoir besoin en permanence d’une climatisation, même pendant les mois les plus froids de l'année. La climatisation constitue le coût énergétique le plus important d'un gratte-ciel. Les bâtiments megatall présentent ainsi un défi technique très spécifique : non seulement ils ont une masse de chaleur intérieure élevée, mais aussi une très grande partie de leur structure dépasse les tours voisines, il n'y a donc absolument rien pour entraver le rayonnement solaire. De plus, la plupart d'entre eux ont tendance à se trouver dans les régions désertiques du Moyen-Orient, en Afrique et en Asie du Sud-Est.

Pour compliquer encore plus les choses, l'enveloppe des bâtiments megatall est aujourd’hui presque entièrement en verre, avec en prime de grandes et larges vitres pour offrir un maximum de vue. Aussi, le défi réside dans le fait que ces très grands vitrages doivent être extrêmement solides pour supporter la pression du vent, et conçus de manière à compenser l'énorme quantité de lumière qu'ils apportent au bâtiment afin d'améliorer le bien-être et le confort de ses occupants.

Défis spécifiques des gratte-ciels megatall

L’environnement du bâtiment

Les environs d'une tour - et, dans le cas de la tour Burj Khalifa et de la Jeddah Tower, le climat désertique local - sont des éléments importants à prendre en compte. Les zones environnantes des bâtiments megatall, telles que les collines et autres bâtiments, absorbent effectivement une grande partie de la chaleur intense pendant la journée mais continuent à rayonner ou à émettre cette chaleur dans leur environnement pendant la nuit. Le verre à faible émissivité (Low-E) aide à réfléchir ce rayonnement à ondes longues et à minimiser sa transmission. C'est pourquoi l'utilisation du verre Low-E (tel que le Guardian SunGuard® Neutra 60) est l'un des meilleurs choix.

Le climat local dans ces régions désertiques chaudes et humides - avec des températures diurnes atteignant jusqu'à 50 °C - pose de réels défis techniques pour le verre en termes de contrainte et de réflexion, mais aussi de potentiels problèmes de condensation.

La plupart des gens ne se rendent pas compte à quel point le verre Low-E est populaire au Moyen-Orient et pourquoi il devrait être utilisé. Généralement, les gens pensent que le verre Low-E est utilisé uniquement dans les climats froids. Cependant, le concept de blocage et de réflexion de la chaleur indirecte la nuit et pendant la journée est un facteur que la plupart des gens ne prennent pas en considération.

Condensation

Avec les bâtiments megatall, il y a toujours un risque de condensation sur la vitre extérieure (à l'extérieur). Cela est dû à la différence de température entre l'extérieur du bâtiment (qui est très chaud et humide pendant l'été) et la température intérieure (climatisation).

L'utilisation d'un verre à faible émissivité comme vitre interne peut aider à empêcher le transfert de froid de l'intérieur du bâtiment vers la vitre extérieure, tandis que le traitement thermique (trempe complète ou renforcement thermique) rendra le verre jusqu'à cinq fois plus résistant pour résister aux charges de vent extrêmes et aux différences de température.

Différences d'altitude

La différence d'altitude entre le haut et le bas d'un bâtiment megatall - et l’écart de température qui y est lié - peut entraîner des problèmes de déflexion du verre sur le vitrage isolant en raison de la différence de pression.

Pour le projet Burj Khalifa, nous devions également relever le défi technique de gérer l’écart important entre les températures de production et d'installation des IGU, fabriqués en janvier avec une température de 26°C, puis installés sur place à Dubaï en août alors que la température était de 48°C. Les calculs de contrainte et de déflexion des IGU ont permis à nos experts techniques chez Guardian Glass de définir les épaisseurs de verre adéquates pour s'adapter aux différentes hauteurs d'installation du verre dans le bâtiment.

Vent

En raison de la hauteur des bâtiments megatall, les forces du vent peuvent être extrêmement élevées. Même si la forme dynamique du bâtiment est conçue pour réduire la charge structurelle due à l'impact du vortex du vent, l'épaisseur du verre est également très importante. Pour la Burj Khalifa, la façade en verre a été conçue pour résister à des charges de vent allant jusqu'à 250 km/h. Comme je l'ai mentionné plus tôt, le système de verre de la Jeddah Tower est conçu pour résister à un balancement de 2,5 mètres de rayon sans rupture ni fuite. L'épaisseur du verre dépend de la hauteur du bâtiment où il est installé. Le traitement thermique est également crucial (trempe complète ou renforcement thermique) car il rendra le verre jusqu'à 5 fois plus résistant pour résister aux charges de vent extrêmes et aux différences de température.

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Guardian Glass, une importante unité commerciale de Guardian Industries, est l'un des plus grands fabricants au monde de produits verriers float, à couche et manufacturé. Sur ses 25 sites de production de verre float dans le monde, Guardian Glass produit du verre haute performance pour des applications architecturales extérieures (commerciales et résidentielles) et intérieures, ainsi que dans le domaine du transport et des produits techniques. Le verre Guardian est utilisé dans les maisons, les bureaux, les voitures et certains des édifices architecturaux les plus emblématiques au monde. Le Science & Technology Center de Gardian Glass travaille continuellement, grâce à des technologies de pointe, au développement de produits verriers et de nouvelles solutions pour permettre aux clients de voir ce qui est possible SEE WHAT’S POSSIBLE®. Pour plus d’informations, visitez le site www.guardianglass.com.

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Basée à Auburn Hills dans le Michigan (États-Unis), Guardian Industries est une entreprise mondiale qui compte plus de 18 000 employés et possède des sites de production en Amérique du Nord, en Europe, en Amérique du Sud, en Afrique, au Moyen-Orient et en Asie. Les entreprises Guardian fabriquent du verre float haute performance, à couche et manufacturé, pour l’architecture, l’intérieur, le transport et les applications techniques, des pièces de haute qualité chromées et en plastique peint pour l’automobile et les camions. L’objectif de l’entreprise est de créer de la valeur pour ses clients et la société en innovant constamment et en utilisant moins de ressources. Guardian est une filiale en propriété exclusive de Koch Industries, Inc. Pour plus d’informations, visitez le site www.guardian.com.

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