Les architectes de bâtiments célèbres restent dans les mémoires. Les ingénieurs qui se cachent derrière eux, ces personnes qui ont transformé leurs projets en réalité, restent en revanche souvent dans l’ombre. Pourtant, ils méritent au moins autant de reconnaissance que les créateurs de bâtiments connus. Aujourd’hui, nous voulons vous présenter un tel ingénieur : Fazlur Rahman Khan.
Gratte-ciel : pas sans Fazlur Rahman Khan
Probablement que chacun d’entre vous s’est déjà rendu dans une grande ville. Peut-être même y habitez-vous vous-même. Alors vous le savez sûrement : des façades modernes en verre qui semblent ne jamais s’arrêter vers le haut. Comme si les géants d’acier et de verre s’élevaient à l’infini vers le ciel.
Les gratte-ciel font depuis longtemps partie du paysage urbain, ils sont tout à fait évidents. Un homme dont vous n’avez peut-être encore jamais entendu parler les a rendus possibles : Fazlur Rahman Khan. En tant que l’un des ingénieurs civils les plus importants du 20e siècle, il a révolutionné la construction des immeubles de grande hauteur et rendu possibles des bâtiments célèbres comme le Burj Khalifa.
Fazlur Rahman Khan : quand les immeubles de grande hauteur atteignaient leurs limites
Dans les années 50 et 60, la construction d’immeubles de grande hauteur ne consistait pas seulement à créer des logements. Une construction particulièrement haute représentait avant tout du prestige : pour ses concepteurs et pour la ville concernée. Chaque métropole qui se respectait voulait pouvoir compter au moins un bâtiment particulièrement élevé.
Cependant, les méthodes de construction de l’époque ne suffisaient pas pour cela. Les coûts des matériaux étaient trop élevés, et le poids propre semblait trop important. S’y ajoutaient les sollicitations dues au vent ou aux séismes, qui n’étaient pas seulement difficiles à compenser, mais entraînaient aussi des calculs très complexes. Rappelons-nous : les logiciels de calcul statique capables de faire cela n’existaient pas encore à l’époque. La construction habituelle à ossature métallique devenait de plus en plus inefficace.
Il y avait donc des problèmes dans la construction des immeubles de grande hauteur, et ils étaient loin d’être mineurs. En particulier, les charges de vent imposaient des limites aux gratte-ciel. Plus un bâtiment est haut, plus les forces du vent sont fortes, agissant horizontalement et latéralement sur la structure. Un immeuble de grande hauteur pour lequel les vents latéraux sont devenus un problème est par exemple le Citigroup Center à New York. Si vous voulez en savoir plus à ce sujet, vous trouverez l’article ici : Citigroup Center : panique, dissimulation et ouragan .
Fazlur Rahman Khan : l’innovation des gratte-ciel
Fazlur Rahman Khan est né dans l’actuel Bangladesh et a étudié le génie civil à l’Indian Institute of Engineering Science and Technology à Shibpur. Il a ensuite obtenu son diplôme de bachelor en génie civil à la Bangladesh University of Engineering and Technology.
Grâce au soutien de deux bourses, Fazlur Rahman Khan a pu se rendre aux États-Unis en 1952. Là, il a étudié à l’université de l’Illinois et a obtenu en trois ans deux masters – l’un en résistance des matériaux, l’autre en mécanique théorique et appliquée. Il y ajouta un doctorat en résistance des matériaux. Impressionnant, n’est-ce pas ?
Petite anecdote au passage : Fazlur Rahman Khan n’a vu son premier gratte-ciel qu’à l’âge de 21 ans. En effet, dans sa ville natale, aucun bâtiment ne dépassait trois étages. Entrer aux États-Unis dans des bâtiments de hauteur moyenne – à nos yeux actuels – a dû être exaltant pour lui : non seulement quelque chose de totalement nouveau, mais aussi une immense source d’inspiration.
Fazlur Rahman Khan et le système tube
Après ses diplômes, Fazlur Rahman Khan a commencé à travailler au sein du cabinet d’architecture Skidmore, Owings & Merrill (SOM) à Chicago. Onze ans plus tard, il y est même devenu associé. Tandis que les architectes de son bureau, comme par exemple Bruce Graham, concevaient des bâtiments, lui réfléchissait à la manière de résoudre le problème de la construction moderne des immeubles de grande hauteur.
Le principal problème était le matériau et son poids propre. Construire en hauteur était absolument inefficace et coûteux. Pour vous l’illustrer clairement, regardons brièvement comment on construisait jusqu’alors lorsqu’il s’agissait d’édifices aussi hauts que possible.
Le classique : ossature métallique (« construction à squelette »)
Le classique à l’époque était la construction à ossature métallique, également appelée construction à squelette. Le nom en dit déjà long : il s’agissait d’un squelette pour le bâtiment à venir, un réseau dense de poteaux en acier et de poutres.
Les charges agissant sur l’ouvrage sont reprises à l’intérieur par ce squelette. La façade n’est alors qu’une enveloppe qui est ensuite fixée. Le problème : à partir d’une certaine hauteur, le vent devient un risque majeur. En effet, il génère des oscillations, des flexions et fait agir l’ensemble du bâtiment comme un immense levier.
La seule solution consistait à installer des poutres en acier plus épaisses, davantage de poteaux et des trames plus serrées du réseau métallique. Mais cela soulevait le principal problème des immeubles de grande hauteur de cette époque : ils devenaient trop lourds et trop coûteux. Davantage de coûts de matériaux, des espaces intérieurs peu pratiques en raison du trop grand nombre de poteaux et, par conséquent, des plans peu flexibles et difficiles à exploiter.
En bref : pour les grandes hauteurs, ce système n’était tout simplement pas assez efficace et atteignait rapidement ses limites. Fazlur Rahman Khan se posa alors une question décisive : pourquoi la structure porteuse se trouve-t-elle à l’intérieur, alors qu’elle serait bien plus utile à l’extérieur ? Examinons cela de plus près !
L’innovation de Fazlur Rahman Khan : le système tube
Fazlur Rahman Khan a conçu un concept totalement nouveau : le bâtiment devient lui-même la structure porteuse. Bon, ce n’était pas entièrement nouveau, car il en avait tiré son inspiration directement de la nature de son pays natal. L’une des espèces végétales les plus fréquentes là-bas est le bambou. Et celui-ci pousse dans des tubes creux emboîtés les uns dans les autres.
Ici, toute la structure porteuse est l’enveloppe elle-même ! Et Fazlur Rahman Khan a transposé ce principe aux immeubles de grande hauteur. Son approche reposait sur des poteaux verticaux rapprochés, reliés entre eux par des poutres horizontales. Il en résultait une peau extérieure rigide qui reprend la majeure partie des charges et les transmet vers le bas.
Grâce à cette innovation de Fazlur Rahman Khan, les immeubles de grande hauteur nécessitaient nettement moins d’éléments porteurs à l’intérieur. Cela permit de créer les grands espaces libres que nous connaissons par exemple comme bureaux en open space typiques des centres-villes.
Le système porteur de Fazlur Rahman Khan ne se concentrait plus vers l’intérieur, mais vers l’extérieur. Cela apportait beaucoup de stabilité, car les bâtiments devenaient nettement plus résistants aux oscillations et à la flexion. Et il ne fallut pas longtemps avant qu’il puisse mettre sa théorie en pratique.
Fazlur Rahman Khan : ses bâtiments les plus célèbres
Son premier bâtiment à structure tubulaire fut le Chestnut De-Witt Apartment Building. Il participa également à la conception du John Hancock Center de 100 étages. Sa bonne réputation dans le milieu professionnel lui valut bientôt les surnoms d’« Einstein du génie civil » et de « plus grand ingénieur civil du 20e siècle ».
Son chef-d’œuvre fut toutefois la Sears Tower à Chicago, avec ses 110 étages. Plus tard, elle fut rebaptisée Willis Tower et fut, de 1973 à 1998, le plus haut bâtiment du monde. Sans le système tubulaire innovant de Fazlur Rahman Khan, ces ouvrages n’auraient pas pu voir le jour sous cette forme.
Grâce au système tube, les bâtiments pouvaient atteindre des hauteurs énormes sans perdre en stabilité structurelle. À cela s’ajoutait la méthode de construction efficace, qui se traduisait surtout par des coûts de construction plus faibles et une consommation de matériaux réduite. Fazlur Rahman Khan a ainsi établi de nouveaux standards dans la construction des immeubles de grande hauteur dans le monde entier.
Fazlur Rahman Khan : pionnier du CAD
Pas seulement en matière de systèmes constructifs, Fazlur Rahman Khan fut un véritable pionnier, toujours à la recherche de moyens pour concevoir des bâtiments plus efficacement. Dans les années 1970 apparurent les premières analyses structurelles pour ordinateurs dignes de ce nom : la naissance des logiciels de calcul statique.
SOM, le cabinet d’architecture dont Fazlur Rahman Khan était associé, fut l’un des premiers à s’y intéresser concrètement. Ce sont Graham et Khan qui convainquirent leurs partenaires d’acheter un ordinateur central. Dans le secteur de la construction, on restait déjà à l’époque plutôt sceptique face aux nouvelles technologies. Mais leurs partenaires acceptèrent, et Khan commença à programmer le système de calcul d’équations pour la conception des structures porteuses. Il a ainsi accompli un véritable travail de pionnier pour l’ensemble du secteur.
Conclusion : l’héritage de Fazlur Rahman Khan
Fazlur Rahman Khan est mort à 52 ans des suites d’une crise cardiaque. Mais sa méthode de construction innovante pour les immeubles de grande hauteur a encore aujourd’hui une grande influence sur notre manière de construire. Des gratte-ciel comme le Burj Khalifa ou le One World Trade Center reposent sur son travail.
Sans le système tube de Fazlur Rahman Khan, de tels bâtiments auraient difficilement pu voir le jour sous cette forme. Bien qu’il ait bénéficié d’une grande reconnaissance dans le milieu professionnel – et cela jusqu’à aujourd’hui – son nom est à peine connu du grand public. Les ingénieurs travaillent souvent en arrière-plan.
Une chose est certaine : Fazlur Rahman Khan a durablement transformé notre secteur de la construction. Il nous a offert un système constructif qui a rendu possibles les skylines modernes, telles qu’on les voit sur d’innombrables photos. Peut-être y penserez-vous la prochaine fois que vous lèverez les yeux dans une grande ville et admirerez comment le ciel bleu et limpide se reflète dans la façade d’un gratte-ciel. C’est précisément cette façade qui porte l’ensemble du bâtiment.
