Quay Quarter Tower, le gratte-ciel recyclé le plus haut du monde

● BG&E est entré dans l'histoire en transformant un ancien immeuble de grande hauteur devenant la Quay Quarter Tower, en utilisant 70 % des matériaux existants : une approche innovante de la réutilisation adaptative dans la construction.

● Des technologies telles que les jumeaux numériques et la collaboration dans le cloud ont assuré la solidité et la stabilité de la Quay Quarter Tower, devenu le gratte-ciel recyclé le plus haut du monde. 

● Le projet a permis d'éviter le gaspillage de tonnes de matériaux et de réaliser d'importantes économies de carbone incorporé, dépassant les objectifs d'émissions et obtenant une note de durabilité de six étoiles. En collaborant avec Autodesk, BG&E a établi une nouvelle norme en matière de construction écologique, contribuant à façonner l'avenir de l'architecture durable.

Le recyclage des structures existantes est une pratique populaire en matière de développement durable. Cependant, il est extrêmement rare qu'un gratte-ciel soit partiellement démoli puis transformé en un nouveau bâtiment en utilisant 70 % de matériaux provenant de sa propre structure. En réalité, cette réalisation était inconnue jusqu'à l'achèvement, en 2022, de la Quay Quarter Tower en Australie, un exemple pionnier d'ingénierie, d’envergure internationale, en bordure du quartier animé de Circular Quay à Sydney. 

Fondée à Perth, en Australie, en 1970, BG&E est une société d'ingénierie multidisciplinaire comptant 17 bureaux dans le monde et réputée pour sa durabilité. BG&E a utilisé le jumeau numérique et la collaboration dans le cloud pour concevoir et reconstruire le 50 Bridge Street Highrise, transformant la structure en Quay Quarter Tower, le gratte-ciel recyclé le plus haut du monde. Le projet a débuté en 2015 et a été terminé en sept courtes années, mettant en évidence une approche innovante de la réutilisation adaptative.

Préservation et suivi

Si la réutilisation adaptative permet d'économiser de précieux coûts et de réduire le carbone incorporé, une structure vieille de près de 50 ans présente des défis uniques et exige de sortir des sentiers battus.

Lorsque BG&E a pris en charge le projet Quay Quarter Tower, les membres de l'équipe ont eu un travail faramineux. Tout d'abord, la rénovation d'un bâtiment à l'aide de matériaux existants est rare. Le problème de l'intégrité structurelle des éléments préservés pour les 50 années à venir s’est posé. Pour ce faire, il a fallu procéder à un examen rigoureux de toutes les parties mobiles et immobiles. Une évaluation comprenant plus de 1 500 essais a permis d'évaluer le béton et l'armature existants sans causer de dommages.

Leonardo Ambrogi, ingénieur associé chez BG&E, a souligné l'importance de la prévision et de la surveillance des mouvements des bâtiments, en particulier dans une zone aussi animée. « Les mouvements des bâtiments ont été un facteur important, le projet se situant au centre et au cœur du Circular Quay à Sydney », explique-t-il. « Et ils étaient majeurs. Au sommet du bâtiment, ils reculaient de quelques centaines de millimètres et avançaient encore de quelques millimètres. »

Pour résoudre le problème des mouvements du bâtiment, l'équipe a recouru à diverses techniques de surveillance. Des capteurs d'inclinaison ont mesuré l'inclinaison du bâtiment 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, tandis que des accéléromètres situés au sommet ont évalué la fréquence des déplacements pendant la construction. Enfin, l'équipe a calculé davantage de changements à l'aide d'un fil à plomb physique, et bien que ce dispositif soit souvent considéré comme un outil archaïque, il s'est avéré être le meilleur outil de mesure de ce projet. « Le fil à plomb était le système le plus précis que nous aurions pu utiliser », explique Ambrogi. « Il s'agissait littéralement d'un bout de ficelle avec un gros poids à l'extrémité. »

Intégrité structurelle et dynamique du bâtiment

Une autre question à laquelle les ingénieurs ont été confrontés était de savoir comment minimiser stratégiquement la démolition des parties de la structure existante jugées faibles. L'équipe a utilisé le jumelage numérique pour effectuer des tests sophistiqués et une évaluation de l'état tout au long de la construction du bâtiment. Cela a permis d'obtenir des informations précieuses sur les éléments qui pouvaient être réutilisés de manière efficace. À la suite de cette évaluation initiale, 1 000 tonnes d'acier temporaire ont été installées puis retirées pour faciliter le processus de démolition et de mise en place. Il s'agissait d'assembler un bâtiment entièrement nouveau à un bâtiment existant.

Pour atténuer les accélérations du bâtiment, l'équipe a mis en place un amortisseur de masse de près de 376 500 kg. Ce bloc d'acier massif a été placé sur l'un des derniers étages du bâtiment afin de réduire les vibrations et d'assurer la stabilité structurelle et la sécurité pendant et après la construction.

« Un bâtiment est vivant », explique M. Ambrogi. « Il bouge, tandis que le béton rétrécit et s'affaisse avec le temps. Nous avions un bâtiment existant qui avait déjà vécu toute sa vie : il s'était raccourci, il avait rampé, il avait rétréci. Puis, nous avons construit une nouvelle structure juste à côté, qui a dû se rétrécir et se raccourcir pour s'adapter à son propre poids. »

Mesurer et quantifier les émissions

La London Energy Transformation Initiative (LETI) est un réseau de professionnels du bâtiment au Royaume-Uni. Ce groupe s'est fixé pour objectif de respecter l'engagement de l'Union européenne de parvenir à des émissions nettes nulles d'ici à 2050, ce qui inclut un objectif de 228 kilogrammes d'émissions de CO2 par mètre carré de surface habitable pour 2030. C'est pourquoi l'équipe internationale à l'origine de la Quay Quarter Tower devra mettre en œuvre des stratégies avancées pour atteindre l'objectif du LETI.

« Nous donnons la priorité à la sensibilisation des clients et des parties prenantes à la réduction des émissions de carbone dès les premières étapes de la phase de conception du projet », explique Araj Lal, responsable principal du BIM/du dessin chez BG&E. « En collaboration avec l'équipe du projet, nous avons mis au point des stratégies de réduction des émissions de CO2 qui ont permis d'atteindre l'objectif fixé. « En collaboration avec l'équipe du projet, nous établissons des objectifs de durabilité clairs, effectuons des évaluations du cycle de vie et mettons l'accent sur les incitations financières potentielles pour la construction écologique. »

L'un des résultats les plus notables pour BG&E dans le cadre de ce projet a été l'importante réduction du carbone incorporé. La réadaptation du 50 Bridge Street High Rise, au lieu de le démolir et de reconstruire une nouvelle structure, a joué un rôle crucial dans ces économies de carbone incorporé.

« En tant qu'ingénieurs structurels, nous sommes tenus de garantir l'intégrité d'un bâtiment pour une durée de vie de 50 ans, en réalité, nous devrions considérer les bâtiments comme des structures qui durent le plus longtemps possible », détaille M. Ambrogi. « Et nous devrions essayer de faire tout ce qui est en notre pouvoir pour y parvenir. »

En 2022, la Quay Quarter Tower, telle qu'évaluée par diverses organisations, dont BG&E, a dépassé l'objectif d'émissions pour 2030 fixé par le LETI, avec une performance de 226 kilogrammes. Cela signifie que l'objectif du LETI a été dépassé de deux kilogrammes, avec huit ans d'avance sur le calendrier prévu grâce à la technologie existante. Les économies d'émissions ont été calculées à 12 000 tonnes de carbone incorporé, ce qui, à titre de comparaison, équivaut à 12 000 vols aller-retour entre Londres et New York. Cette prouesse a valu au bâtiment d'être classé six étoiles pour sa durabilité par le Green Building Council of Australia.

Les défis de la collaboration et de la modélisation numérique

Lorsque BG&E s'est lancé dans le projet de la Quay Quarter Tower, la collaboration entre les bureaux était un défi majeur. Le serveur Autodesk Revit, l'outil principal à l'époque, avait ses limites, en particulier lorsqu'il s'agissait de se connecter avec des bureaux au Royaume-Uni et au Moyen-Orient. L'introduction par Autodesk de BIM 360 dans sa première itération du nuage de construction a changé la donne.

« Nous pouvions travailler en collaboration dans un environnement cloud, en hébergeant notre centre principal à Sydney », explique M. Lal. « Mais nous pouvions également travailler avec nos autres bureaux au Moyen-Orient et dans toute l'Australie, et être en mesure de rassembler les 39 modeleurs dont nous avions besoin pour réaliser un projet de cette envergure. »

Structurellement, le 50 Bridge Street High Rise était en très bon état, ce qui explique que l'équipe ait pu en récupérer une grande partie, tout en réaffectant d'autres sections. Cependant, comme il a été construit en 1970, à une époque où les architectes et les ingénieurs s'appuyaient fortement sur le dessin manuel, l'équipe disposait de ressources limitées pour la refonte.

Les dessins existants, des copies numérisées des originaux, n’incluaient pas les modifications apportées tout au long du cycle de vie du bâtiment, ainsi l'étude photographique du site s'est avérée cruciale. En effet, comme les relevés 3D n'en étaient qu'à leurs balbutiements dans les années 2010, les membres de l'équipe ont beaucoup travaillé avec des relevés 2D. « Nous avions un géomètre assis au sommet d'un ascenseur, étage par étage, qui mesurait chaque ascenseur de noyau afin que nous puissions placer avec précision le noyau par rapport à lui-même », raconte M. Lal. « En raison de la complexité et des légères rotations de la structure, les levés 2D ont joué un rôle considérable. Nous en avons effectué des milliers. »

Alors que les relevés par nuage de points étaient encore relativement nouveaux, l'équipe a utilisé Autodesk ReCap pour la gestion des fichiers et la vérification des données, et en interne, Navisworks a facilité la détection des collisions. Le défi consistant à conserver la première tour de Sydney, une structure classée au patrimoine, et à préserver le bâtiment existant, le phasage et l'échelonnement des travaux devaient être précis. Revit a été largement utilisé pour cette phase et pour déterminer comment transférer les charges vers le haut d'un bâtiment qui ne suivait pas une trajectoire verticale conventionnelle.

Redéfinir les possibilités de réutilisation adaptative

En tant que plus haut gratte-ciel recyclé au monde, la Quay Quarter Tower de BG&E a reçu de prestigieuses récompenses, notamment le prix du bâtiment de l'année décerné par le Festival mondial d'architecture 2022, l'International High-Rise Award pour 2022/2023 et le projet de l'année décerné par Engineers Australia, entre autres. « Nous sommes très fiers de la ville dans laquelle nous vivons », déclare M. Lal. « Et nous sommes très fiers de notre projet. Chaque fois que des membres de notre famille ou des amis étrangers viennent, je suis fier de dire que j'ai travaillé sur ce projet, et je suis sûr que Leo l'est aussi. »

La Quay Quarter Tower a transformé l'une des lignes d'horizon les plus reconnaissables au monde et a donné naissance à de nouvelles possibilités de réutilisation adaptative dans le domaine de l'architecture. Tout en respectant son engagement en matière de durabilité, BG&E a réussi à relever les défis de la collaboration en utilisant la modélisation numérique. Ce processus a permis de gagner treize mois de travail, de réutiliser 70 % des matériaux, de réduire considérablement les coûts et de créer un chef-d'œuvre architectural recyclé au cœur de Sydney. (L'équipe a présenté ses stratégies et ses résultats en détail lors de l'événement Autodesk University « Retrofitting Buildings Using AEC and Autodesk Construction Cloud : Quay Quarters Tower" : Quay Quarters Tower »).

« Les principes tirés de projets tels que la Quay Quarter Tower, qui mettent l'accent sur la réutilisation adaptative, le recyclage et la réduction du carbone incorporé, sont sur le point de remodeler les flux de travail architecturaux à l'avenir », avance M. Lal. « Il faut s'attendre à une intégration des pratiques durables dès le début du projet, à une montée en puissance des approches fondées sur l'économie circulaire et à une innovation accrue en matière de matériaux et de technologies. Ces principes peuvent favoriser des conceptions centrées sur la communauté, un plaidoyer en faveur de réglementations environnementales strictes et une collaboration mondiale pour relever les défis environnementaux. »