BÉTON (architecture)

BÉTON (architecture)

Le béton de ciment armé est un matériau constitué d’agrégat (sable, gravier) et coulé dans des coffrages autour d’armatures en acier.

Depuis son invention vers 1850, il est devenu un des matériaux de construction les plus utilisés. Les architectes l’ont considéré comme le symbole de l’architecture moderne dont les conquêtes ont été faites en son nom. Il rend possibles les différentes solutions techniques: l’ossature, le porte-à-faux, les coques et voiles minces. Chacun de ces types structuraux a donné naissance à un «parti» d’architecture, auquel peuvent être associés de grands bâtisseurs, tels Le Corbusier, Frank Lloyd Wright, Pier Luigi Nervi, Oscar Niemeyer, qui ont su traduire ces innovations techniques en un vocabulaire architectural cohérent.

Cependant, bien peu de leurs idées ont subsisté dans l’utilisation massive du béton armé pour satisfaire aux énormes programmes de logement. Ainsi le béton armé est devenu un symbole ambigu de puissance technique et d’inhumanité, de prouesse constructive et de médiocrité domestique. Il a donné naissance à des chefs-d’œuvre, mais la maison, la ville de béton ne sont pas les produits les plus achevés de notre civilisation technique.

Le dossier du béton armé reste ouvert. L’industrialisation du bâtiment lui fera sans doute subir de profonds changements.

1. Historique

Le béton de ciment armé est né sous la forme d’une barque, flottant sur le lac du Bourget. Lambot avait ainsi inventé le procédé, dès 1848. Monier, un an plus tard, le découvre à nouveau, pour des bacs à fleurs.

En 1900, le premier immeuble en béton armé est édifié à Paris, 1, rue Danton, par François Hennebique. Dès lors, les brevets se succèdent rapidement: Monier met au point successivement une poutre, un escalier, un réservoir en béton armé; Edmond Coignet, la préfabrication ; François Hennebique, l’étrier, le premier pont en béton armé (à Viggen, en Suisse), le premier silo. Considère invente en 1900 le frettage, où les armatures enserrent le poteau pour le renforcer. Wayss, Bauschinger, Contamin établissent les modes de calculs propres au béton armé.

Les bases techniques étant précisées, les premiers architectes qui utilisent le béton armé d’une façon complète sont les frères Perret dans l’immeuble de la rue Franklin, à Paris (1903) et, à la même époque, Tony Garnier dans son projet de ville industrielle. En 1912, la grande coupole de la salle du Centenaire à Breslau, édifiée par Max Berg, atteint soixante-trois mètres de diamètre. Cette structure audacieuse et expressive est l’une des premières qui aient été réalisées en béton armé, avec les immenses hangars paraboliques d’Orly (Freyssinet). Les œuvres ultérieures de l’ingénieur suisse Maillart, de l’Espagnol Torroja, de l’Italien Nervi, de Félix Candela au Mexique et de Bernard Lafaille en France seront l’aboutissement de ces tentatives.

Dès 1920, l’histoire du béton armé et celle de l’architecture moderne coïncident. Aux œuvres classiques de Perret succède l’architecture cubiste. Le béton armé est le matériau utilisé par Le Corbusier, Gropius, Oud, Dudok, Lurçat, et tous les créateurs de «la blanche architecture des années vingt». Les tendances architecturales contemporaines révèlent une certaine dispersion: expressionnisme, brutalisme, maniérisme, néo-classicisme, etc. Le béton armé est encore le commun dénominateur de ces tendances.

Matériau à tout faire des ingénieurs, il est devenu la base du langage architectural contemporain. Son usage se laisse réduire en quelques techniques définies chacune par une «école» dont elle exprime le mieux les tendances.

2. L’ossature

La construction la plus simple qui puisse être édifiée en béton armé est formée de poteaux et de poutres. Cette solution peut être également réalisée en profilés d’acier. Mais l’ossature de béton armé qui résiste à la corrosion était moins coûteuse (au moins en Europe). De plus, elle ouvrait aux architectes un vaste domaine de recherche en permettant le «plan libre».

La construction traditionnelle de pierre ou de brique est constituée de murs porteurs et de planchers dont les solives reposent à intervalles réguliers sur ces murs. Le béton armé va permettre de supprimer les murs porteurs; les planchers en «dalles» portent sur une ossature de poteaux et de poutres orthogonales. Un dessin de l’ingénieur François Hennebique, en 1892, établit le principe technique de ces ossatures.

On voit les conséquences formelles d’un tel mode de construction: dès le début du siècle, les architectes ont à leur disposition une structure monolithe, c’est-à-dire d’un seul tenant, dans laquelle tout l’édifice est déjà «construit», sans qu’un seul mur ait été édifié.

Si de nombreux architectes découvrirent le parti qu’on pouvait tirer de ces solutions, nul ne le définit plus clairement que Le Corbusier. Dans une conférence, en 1929, il nomme et décrit les nouvelles formes architecturales déduites de la construction «en ossature»: le plan libre, la façade libre, la fenêtre en longueur, les pilotis, le toit-terrasse. Il décrit ainsi la maison moderne: les poteaux supportent les planchers, les cloisons sont disposées au gré de l’architecte. Les murs de façade ne sont plus porteurs, on peut les percer sur toute leur largeur. Le sol et la nature peuvent s’étendre sous la maison, portée par ses poteaux; le toit peut être une terrasse accessible et plantée.

Le Corbusier, comme la plupart des architectes d’avant-garde de cette époque, fonde sur le béton armé et l’ossature beaucoup plus qu’une technique de construction: une libération qui va permettre aux fonctions de dicter le plan de la maison. La technique de l’ossature est la base du fonctionnalisme.

La villa Stein, construite à Garches par Le Corbusier en 1927, est l’illustration de cet emploi du béton armé.

3. Le porte-à-faux

Il est assez difficile de déterminer l’origine de ce procédé technique qui est le développement de l’encorbellement classique en pierre. François Hennebique, dans sa propre maison construite en 1904 en béton armé, imagine une tour octogonale reposant sur des porte-à-faux de quatre mètres. Le béton armé permet, en effet, de construire non seulement des poutres s’avançant plus ou moins au-delà des poteaux, mais encore des dalles continues, travaillant à la flexion et projetées dans le vide autour d’un noyau.

Cette formule semblait être dans la nature même du béton pour le grand architecte américain Frank Lloyd Wright. Car ce matériau ne se présente pas comme le métal sous forme de poutrelles ou de profilés. C’est une matière moulée qui se prête aux structures continues. Frank Lloyd Wright définit ainsi les possibilités du béton armé: «Il est simple de comprendre les formes nouvelles qu’apporte ce nouveau matériau: des dalles étanches de presque n’importe quelle taille peuvent être portées d’en dessous comme on tient un plateau sur les doigts, le bras tendu: une nouvelle liberté.»

Pour les bureaux de la société Johnson Wax à Racine, Wisconsin, Frank Lloyd Wright édifia une structure «en champignon» qui étonna et inquiéta tant ses contemporains qu’il dut organiser un essai public pour les tranquilliser.

Ces «champignons» sont formés de longues colonnes élancées qui vont s’élargissant et s’épanouissant en un large disque au sommet. Ainsi, le béton armé est utilisé par Frank Lloyd Wright d’une façon qui ne rappelle en rien les charpentes ou les ossatures de métal.

À la même époque, les études de Wright sur le béton armé le conduisent à utiliser la liberté des structures en porte à faux, non plus sous forme d’éléments symétriques comme les dalles-champignons, mais en larges porte-à-faux dissymétriques, projetés dans l’espace. Il conçoit la maison comme une suite d’espaces contigus ouverts sur la nature. La «ville» elle-même est l’espace commun de ces maisons «ouvertes», unies par la nature.

Sa célèbre «maison sur la cascade» est l’expression la plus frappante de cette idée. Elle se présente comme une série de vastes terrasses projetées dans le vide au-dessus de la rivière et de la forêt, autour d’un noyau de murs épais. Dans ce chef-d’œuvre, la qualité essentielle que Wright reconnaît au béton armé est utilisée de façon radicale: la «plasticité» qui est la liberté de dimension et de forme qu’apportent ce matériau et son utilisation en porte à faux. Les terrasses de la maison sur la cascade ne sont pas organisées selon les lois d’équilibre et de symétrie impliquées par la logique structurale. Elles sont projetées dans l’espace dans une volonté d’expression plastique. Là encore, le béton armé est conçu comme une libération des contraintes de structures.

4. Coques et voiles minces

Comme le béton armé peut être coffré selon les formes les plus diverses, son utilisation en voûtes et en coupoles offre aux ingénieurs et aux architectes de grandes possibilités. Dans les structures en métal, on conduit en quelque sorte les forces statiques de la pesanteur dans les poutrelles et les profilés. On calcule alors l’intensité de ces «courants» de forces pour donner à ces poutrelles les dimensions convenables.

Le béton armé se prête, au contraire, à des structures dont la résistance est due à leur forme même. «La résistance par la forme» est le principe qui régit les coques en double courbure de l’ingénieur espagnol Eduardo Torroja comme les «paraboloïdes hyperboliques» de Candela. L’ossature du béton armé est un cadre dont la rigidité est assurée par l’encastrement des poteaux et des poutres. La forme orthogonale de cette ossature est pourtant un véritable château de cartes. Les coques et les voûtes, au contraire, sont autostables: c’est leur forme elle-même qui en assure la résistance.

Parmi ces formes «autostables», on peut citer les voûtes nervurées, les surfaces à double courbure, les structures «pliées» comme la salle de conférences de l’U.N.E.S.C.O. à Paris (Nervi). De plus, la forme des appuis, des poteaux ou des arcs-boutants peut elle-même être moulée, pour offrir la meilleure résistance possible aux efforts qu’ils subissent. Le petit palais des Sports (Nervi, 1956-1957), à Rome, est un remarquable exemple de cette utilisation du béton armé. Il est constitué par un dôme nervuré dont les poussées sont reprises par des poteaux extérieurs en forme de Y. De son sommet jusqu’à sa base, le béton armé y dessine exactement les lignes des efforts qu’il subit. Au sommet, de fines nervures rayonnantes s’entrecroisent. Leurs faisceaux se rejoignent en une couronne plissée dont chaque pointe s’appuie sur les branches réunies de deux arcs-boutants en Y successifs. Ces supports donnent à l’extérieur le caractère monumental de l’édifice. Les nervures intérieures l’ont fait comparer à une «fleur exotique».

Ici, la signification architecturale du béton armé n’est plus la libération des fonctions par une ossature, ni la faculté d’expression de l’espace: ce sont les lois de la structure qui sont à l’origine de la forme. Pour Nervi, «la beauté ne vient pas d’effets décoratifs, mais de la cohérence structurale», la «vérité de la structure» est la base de cette nouvelle architecture. L’exemple des objets modelés par la technique, comme l’avion, est invoqué par la plupart des architectes d’avant-garde. Le Corbusier y voit un accomplissement esthétique qui provient d’une parfaite adaptation aux fonctions. Mais ce terme est ambigu. Dans les textes de Le Corbusier, il exprime clairement l’organisation interne de la «machine à habiter», l’adaptation aux besoins de ses occupants. Pour Nervi, au contraire, il représente la fonction structurale, la manière dont l’édifice est construit.

5. Le béton armé et les formes libres

Parallèlement à son utilisation dans le domaine des structures, la grande liberté d’emploi qu’il autorise a fait du béton armé, moulé et informe par lui-même, le matériau préféré des architectes «formalistes».

La forme du béton armé ne dépend que du coffrage dans lequel il est coulé. Il est donc facile de lui donner toutes celles que l’imagination projette, à la seule condition de ne pas contrevenir aux lois de la structure et de la statique. Comme le béton armé a une grande résistance, pourvu qu’on y mette le prix, c’est-à-dire les armatures d’acier nécessaires, peu de choses sont vraiment défendues; c’est un lieu commun des spécialistes de dire que l’on peut faire tenir «n’importe quoi».

L’architecte brésilien Oscar Niemeyer est un des chefs de file du formalisme en architecture. La rigueur fonctionnaliste ne lui semble pas acceptable. Il affirme la nécessité de la poésie, de la liberté des formes, du lyrisme. La forme a ses lois et ses exigences propres, distinctes des lois fonctionnelles ou structurales. Celles de Niemeyer viennent de l’imagination de l’architecte, du monde formel brésilien, des courbes des églises de Bahia, mais aussi du caractère du programme; selon lui, les palais de Brasília expriment les espoirs et la foi d’un pays jeune par des formes dynamiques et élancées.

Niemeyer applique ces idées dans le palais de l’Aurore à Brasília. L’édifice est supporté par des poteaux disposés à l’intérieur du bâtiment. Ces poteaux portent un toit qui déborde largement sur les murs en pans de verre par de vastes porte-à-faux. D’un plan d’eau montent vers ces porte-à-faux de grandes formes en béton armé qui semblent soutenir le toit, d’une façon presque magique, par de fines pointes.

Ces formes légères sont l’ordonnance essentielle du bâtiment. Elles n’ont ni rôle fonctionnel, ni rôle structural, puisque le porte-à-faux est, en réalité, soutenu par les poteaux intérieurs. Leur rôle purement poétique et lyrique est un rôle d’expression.

6. Industrialisation du béton armé

Nous avons vu le béton armé se prêter à différentes formes constructives; chacune a été exploitée par les grands courants de l’architecture moderne, sous la forme qui correspondait le mieux à sa doctrine.

Cependant il est un domaine où les problèmes d’efficacité et d’économie ont été particulièrement contraignants. La construction de logements à bon marché et en très grand nombre a posé aux techniciens des problèmes ardus. Ce fut, pour le béton armé, l’épreuve de vérité: l’utilisation de ce matériau à grande échelle et dans des conditions économiques très strictes a rendu nécessaire l’étude de formes rigoureusement adaptées à sa préfabrication et à son montage. On a vu naître des constructions en béton armé bien différentes de ce qu’imaginent les architectes d’avant-garde.

La différenciation entre structure et mur-écran s’est révélée plus onéreuse que les panneaux de façade et les murs de refend porteurs. La meilleure utilisation technique du béton armé à grande échelle est celle que réalisent les divers systèmes dits de «préfabrication lourde». Des panneaux de béton sont fabriqués en usine dans des moules métalliques; ils comprennent les baies et les équipements électriques et sanitaires qui sont montés en atelier sur le panneau. Ces panneaux, très lourds, sont très difficiles à transporter, et cela limite le rayon d’action des usines. Seules, d’importantes opérations de construction peuvent rendre ces méthodes rentables. Le poids des panneaux nécessite, en outre, d’encombrants moyens de levage: des grues sur rails qui obligent à réaliser de longs bâtiments en ligne droite, selon les lois du «chemin de grue».

La liberté offerte par le béton armé se trouve ici singulièrement réduite. La dimension des baies est limitée par la cohérence du panneau pendant son levage. Les murs de refend porteurs conduisent à des plans rigides qui ne peuvent être modifiés par l’occupant. De plus, la recherche de simplification des types conduit à une grande monotonie des façades. Enfin, les plans des ensembles eux-mêmes sont définis par l’économie de la grue. Dans un emploi économique et rationnel, le béton armé définit un urbanisme et un habitat rigides, où la plupart des théories prises en son nom se trouvent mises en échec: plan libre, dissymétrie, liberté des formes, poésie des structures. C’est pourtant sous cette forme que le béton armé est généralement utilisé pour répondre aux programmes considérables de l’habitat du plus grand nombre.

Le XIXe siècle avait vu naître l’architecture de fer. Les constructeurs, de plus en plus audacieux, édifiaient de grandes voûtes de fer et de verre, des structures délicates et précises. Les Halles de Paris, construites par Baltard, sont un des chefs-d’œuvre de cette époque. La commercialisation d’éléments de charpente en fonte et en fer annonçait une véritable industrialisation et un allègement du bâtiment. Le béton armé a interrompu cette recherche. Il conduit à des solutions mégalithiques, réalisées sur le chantier d’une façon encore artisanale, ou industriellement et sans souplesse à cause des énormes moyens exigés.

Or la fabrication industrielle d’éléments de construction est inéluctable et génératrice d’évolution architecturale. Ces procédés exigent une rigueur technologique et une complexité de l’élément qui doit simplifier au maximum le montage sur place. La légèreté sera recherchée pour augmenter le rayon d’action des usines et leur rentabilité, ainsi que la rapidité et la simplicité du montage, la souplesse des moyens de levage et des infrastructures de chantier.

Le béton armé est-il adapté à ces nouveaux impératifs? Peut-être a-t-il perdu de son importance au profit de l’acier, des alliages légers et des matières plastiques. De nouvelles techniques (shock béton, béton expansé) sont l’amorce d’une évolution qui peut répondre aux nouveaux impératifs techniques de l’industrialisation. De nouvelles formes et de nouvelles méthodes architecturales correspondront sans doute à cette métamorphose.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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