Ingénieur en structure
Ove Arup & Partners
Entreprise de construction
Civil & Civic, M.R. Hornibrook
Promoteur
Gouvernement de New South Wales
Année de Construction
1959-1973
Hauteur
65 metros
Largeur
120 metros
Longueur
183 metros
Superficie des terres
1.8 hectáreas
Coût
$102.000.000 dólares australianos
Emplacement
Sydney, Australia

Introduction

Après avoir remporté un concours international en 1959, l’architecte danois Jørn Utzon a entamé la construction de l’Opéra de Sydney, sur Bennelong Point. Le projet fait alors face à de nombreuses controverses, notamment de par la forme inédite du bâtiment, que l’architecte décrivait lui-même comme étant en « tranches d’orange ». Les défis extraordinaires d’ingénierie auxquels Utzon a dû faire face ont retardé la réalisation du projet.

Initialement annoncé par l’architecte pour être terminé en trois ans avec un coût de trois millions de dollars australiens, le bâtiment a été achevé quinze ans après son début, pour un coût total de 102 millions de dollars. Utzon avait renoncé au projet car la qualité sonore à l’intérieur du bâtiment ne correspondait pas à la grandeur extérieure spectaculaire.

Le bâtiment, conçu sous forme de coques marines, abrite plusieurs complexes théâtraux, tous organisés selon des axes de centralité et d’axialité. Il comporte plus de 1 000 salles, principalement dédiées à la musique, avec une capacité d’accueil de plus de 5 000 personnes confortablement installées.

Événements

Esquisse conceptuelle

La présentation du projet d’Utzon en 1957 était schématique, expliquant le concept de construction. Cette présentation a été très appréciée par l’un des juges, le célèbre architecte Eero Saarinen. Bien que le concept n’était guère plus qu’un croquis, le Premier ministre de l’époque, Joseph Cahill, a annoncé sa construction dans les deux ans à venir.

Après de nombreux essais, Utzon et l’ingénieur Ove Arup ont développé un design basé sur les sections complexes d’une sphère. Les voûtes en croix préfabriquées des coques ont commencé à être érigées et le podium a été achevé en 1964. Malgré cela, et malgré l’impact visuel important du design des toits, Utzon n’avait pas finalisé ses plans pour l’intérieur des coques. Au milieu de l’année 1965, un nouveau gouvernement libéral est arrivé au pouvoir, remettant en question les conceptions, le programme et les coûts – ces derniers ayant considérablement augmenté. Le budget initial était de 3 millions de dollars australiens et il a finalement dépassé les 100 millions, nécessitant plus d’une décennie pour être achevé. Il est considéré comme l’un des projets les plus coûteux de l’histoire des « mégaprojets ». Utzon a été remplacé par un groupe d’architectes choisis par le ministre des Travaux publics de Nouvelle-Galles du Sud. Ted Farmer, architecte du gouvernement, a finalisé les murs de verre et les intérieurs.

Lorsque le gouvernement a finalement cessé de payer Utzon, celui-ci a été contraint de se retirer en tant qu’architecte en chef, a démissionné et a quitté l’Australie. Il n’était pas présent à son inauguration en 1973 et ce n’est qu’en 1999 que l’architecte et son œuvre maîtresse se sont retrouvés. Cette année-là, Utzon a été appelé à reprendre le rôle d’architecte de l’Opéra de Sydney et à développer un ensemble de principes de conception reflétant sa vision originale, agissant comme guide pour tous les futurs changements du bâtiment.

« Si j’avais achevé l’œuvre, je l’aurais transportée à travers une sensation de mouvement. Le traitement de l’espace comme de la musique, quasiment absent de nos jours en architecture… » (J. Utzon)

Emplacement

L’Opéra est construit sur une petite péninsule, à Bennelong Point, sur le côté sud de la baie de Sydney, en Australie. Il se trouve à l’extrémité nord-est du quartier central des affaires de Sydney (CBD), entouré sur trois côtés par le port (Sydney Cove et Cove Farm) et à l’intérieur par le Jardin botanique royal.

« …Ce projet était idéal pour un architecte… d’abord, car il y avait un site magnifique avec une belle vue, et ensuite, car il n’y avait pas de programme défini… » (Jorn Utzon)

Concept

La construction se compose de deux éléments clairement distincts : une base solide et des coquilles légères au-dessus. La première constitue en fait le bâtiment lui-même et abrite tous les espaces de service : loges, salles de répétition, entrepôts, bureaux et bibliothèque. Elle est conçue comme un socle pour la couverture supérieure, mais a également été interprétée comme une grande terrasse sur laquelle le spectacle est « servi ». Son plan supérieur, complètement horizontal, est seulement interrompu pour former les gradins du public des deux salles – une pour l’opéra et l’autre pour les concerts – et pour permettre un accès ponctuel par des escaliers depuis le dessous. Cette plateforme supérieure se prolonge dans la rue sous la forme d’un large escalier sur toute sa largeur. Tout le bâtiment socle est anguleux et recouvert de pierre sombre, ce qui lui donne une apparence de solidité tectonique. Même les ouvertures pratiquées semblent avoir été faites après la construction des façades, de sorte que la même pierre se lève pour former un auvent à la fenêtre.

L’autre partie du bâtiment, la couverture, se compose d’une série de coquilles triangulaires reposant sur un point et ouvertes vers le haut, comme des défis à la stabilité. Ces coquilles recouvrent les trois espaces ouverts au public : la salle d’opéra, la salle de concert et le restaurant. Chaque salle est couverte par quatre paires de coquilles, et le restaurant par deux paires.

L’approche plastique de ces toits répond à des critères opposés à ceux de la partie inférieure : ce sont des surfaces courbes, blanches, brillantes, représentant une idée de fragmentation contraire à l’unité du socle.

Ces idées directrices du bâtiment étaient très claires depuis la présentation du projet jusqu’à la fin de la construction. Pendant la réalisation, il a été très difficile pour Utzon de convaincre tous les acteurs impliqués dans le projet d’être fidèle à son projet de coques. La nécessité de travailler avec des formes calculables et constructibles en pièces ne correspondait pas facilement à une forme issue de la gestuelle et de l’imagination.

«…la planification englobe même le moindre détail et se déroule de manière peu orthodoxe, où l’utilisation maximale de modèles et de prototypes assure que rien n’est introduit dans le système avant d’avoir été soigneusement étudié et démontré être la solution appropriée au problème… » (Jorn Utzon)

Influence de la construction navale sur la conception

 » … beaucoup disent que mon design a été inspiré par les voiliers du port ou par des coquillages marins. Ce n’est pas le cas. C’est comme une orange, si vous pillez une orange, vous obtenez ces segments, des formes similaires à celles-ci. C’était ainsi dans mes modèles. Je ne pensais pas qu’ils devraient ressembler à des voiles dans le port. Il se trouve que c’était similaire. J’ai été influencé par les voiles dans la mesure où mon père était architecte naval et que j’étais familier avec les grandes formes (navires). Je n’avais jamais vu le port de Sydney quand j’ai conçu cela, bien que je me sois senti très familier avec l’endroit grâce aux photos et aux cartes navales… »

Espaces

Le développement du projet a été divisé en trois étapes : la « phase 1 » consistait à ériger le podium, la « phase 2 » à mettre en place les coquilles extérieures et la « phase 3 » à s’occuper de l’intérieur et des fenêtres. Même si Utzon a argumenté qu’il n’avait pas achevé les plans pour la structure, le gouvernement a insisté et la construction a dû commencer. Au cours de son développement, le client a modifié les exigences du design, passant de deux à cinq théâtres, ce qui a entraîné des modifications dans les plans et les dessins pendant la construction. Les trois principaux bâtiments érigés sur le podium sont la Salle de Concerts, le Théâtre de l’Opéra et le restaurant.

La maison de l’opéra de Sydney comprend cinq théâtres, cinq studios de répétition, deux salles principales, quatre restaurants, six bars et de nombreuses boutiques de souvenirs.

Les cinq théâtres ont les installations suivantes :

  • La Salle de Concerts, avec 2 679 sièges, abrite le magnifique orgue de la maison de l’opéra de Sydney, le plus grand orgue mécanique du monde avec environ 10 000 tuyaux.
  • Le Théâtre de l’Opéra, avec 1 547 sièges, est l’espace principal de l’opéra australien ; il est également utilisé par la Compagnie australienne de ballet.
  • Le Théâtre dramatique, avec 544 sièges.
  • La Salle de Musique, avec 398 sièges.
  • Le Studio Theatre, avec 364 sièges.

Chaque élément du design, de la position du bâtiment aux multiples points de vue, en passant par l’escalier de 100 mètres de large, visait à faire en sorte que les visiteurs se sentent accueillis et détendus. Les croquis d’Utzon montrent comment le podium a été conçu pour s’intégrer dans la structure globale.

Structure

Croquis initial présenté lors du concours

La structure de voûtes légères était géométriquement indéfinie, mais dès le début du processus de conception, les voûtes ont été conçues comme une série de paraboles supportées par une structure préfabriquée de nervures. Les ingénieurs et constructeurs mobilisés sur le chantier ont dû trouver un moyen de construire économiquement les voûtes de manière préfabriquée, car l’utilisation de coffrages « in situ » aurait été coûteuse.

De 1957 à 1963, l’équipe de conception a envisagé au moins douze interactions différentes concernant la forme des coques (schémas incluant des paraboles, des nervures circulaires et des ellipses) avant qu’une solution réalisable ne soit finalement élaborée.

Le travail de conception sur les coques a impliqué l’une des premières applications d’ordinateurs dans l’analyse structurelle pour comprendre le complexe système de forces auxquelles les coques seraient soumises. À la mi-1961, l’équipe de conception a trouvé une solution au problème : toutes les coques sont créées comme des sections d’une sphère. Ainsi, la forme sphérique a été finalement utilisée dans la conception finale. La sphère, en tant que surface courbe tridimensionnelle la plus simple, a ouvert un large éventail de possibilités en matière de conception et est devenue la forme géométrique la plus simple et la plus facile à contrôler. Dans une sphère, le degré de courbure est égal en tous points de celle-ci.

La réalisation de cette solution a évité la nécessité de construire des coffrages coûteux, permettant l’utilisation d’unités préfabriquées. Les ingénieurs de Ove Arup & Partners ont vérifié sur place la construction et la pose des pièces de la voûte, utilisant un système innovant de fixation en acier appelé arc de construction pour soutenir les différents toits avant leur achèvement. Ainsi, pour la forme de la structure des poutres, un système en éventail a été utilisé. Les poutres partaient d’un point et s’ouvraient comme un éventail, leur trajectoire correspondant aux méridiens de la sphère, faisant en sorte que la ligne définissant les poutres ait le même rayon pour toutes : 460 pieds.

Avec la fabrication sur le site même, sa construction a été considérablement simplifiée, notamment parce que les coquilles sont des fragments d’une même sphère d’un rayon d’environ 75 mètres (246 pieds). En travaillant avec une sphère, non seulement la construction a été simplifiée, mais aussi les calculs.

Façades en verre

Concept final

Malgré de nombreuses discussions techniques, recherches et études, aucune solution technique détaillée n’était disponible pour les parois en verre au moment du départ d’Utzon en février 1966. Cependant, les exigences de l’architecte ont pu être clairement identifiées comme suit :

  • Toutes les parois en verre de l’Opéra sont conçues comme une seule famille, avec une conception structurelle similaire.
  • La structure doit être aussi épurée que possible, avec un cadre minimal, voire éliminé s’il n’est pas nécessaire.
  • Les montants ne seront pas des supports des coquilles, mais les parois de verre sembleront être suspendues à ces coquilles.
  • Les montants seront des ailettes minces continues à travers les murs de verre.
  • Sous les plafonds, il y aura le moins d’obstruction visuelle possible.
  • Les cadres de meneaux seront construits comme une série d’unités de section constante, marquant leur position par une forme variant continuellement sur la largeur des parois en verre.

La question de ne pas faire des montants des parois vitrées des supports des coquilles, mais plutôt que les parois de verre semblent être suspendues aux coquilles, était l’un des points clés à résoudre dans la structure des façades. En raison des différentes géométries entre les structures du toit et du podium, les montants ont dû se courber vers l’extérieur, en section verticale, créant ainsi un plan utilisable au-dessus des coquilles. Pour que les montants semblent être suspendus aux coquilles, il a fallu les fixer efficacement en haut et les faire descendre verticalement jusqu’à un certain point. Cela a conduit à une géométrie pour les deux parois les plus complexes, celles qui donnent sur la baie dans les salles de Concerts et de Théâtre : la combinaison d’un cylindre et de deux cônes, tous avec leurs axes situés sur une même ligne verticale. La partie supérieure du mur de verre appartient à un cylindre, puis croise un cône incliné, et ce dernier croise à nouveau un cône inférieur, continuant en une section ouverte au fur et à mesure qu’il descend.

Pour plus d’informations sur la structure et l’ingénierie de l’Opéra de Sydney, vous pouvez consulter cet article.

Matériaux

La structure du bâtiment est en béton armé. Les façades sont en verre polarisé avec un cadre en acier. Les toits du théâtre sont recouverts de 1 056 millions de carreaux blancs et crèmes, à finition mate, fabriqués en Suède. Cependant, de loin, les carreaux semblent simplement blancs. L’intérieur du bâtiment est composé de granit rose extrait de Tarana, de bois et de contreplaqué provenant de Nouvelle-Galles du Sud.

Détails techniques

  • Le bâtiment mesure 183 mètres de long et 120 mètres de large.
  • Le toit comporte 2 194 sections préfabriquées en béton.
  • Certaines sections du toit pèsent jusqu’à 15 tonnes.
  • Certaines sections du toit sont maintenues ensemble par 350 km de câbles d’acier tendus.
  • Plus d’un million de carreaux céramiques ont été utilisés sur les toits.
  • 6 225 m² de verre ont été nécessaires pour les façades.
  • 645 km de câbles électriques ont été utilisés.

Facades en verre Peter Hall, de Hall, Todd & Littlemore, a commencé à travailler sur les parois en verre au début de 1967. Le matériau des montants était de l’acier au lieu du contreplaqué. Ce changement nécessitait un matériau différent ou une protection pour le côté extérieur des montants, exposé aux conditions maritimes. Le béton a été étudié mais avec des résultats esthétiques inacceptables. Il était temps de revoir toute la philosophie des parois en verre. Cela a été fait lors d’un atelier au bureau londonien de Ove Arup & Partners.

Lorsque Utzon a présenté le projet pour le concours, les principales idées de conception étaient déjà définies : un socle unificateur, la décision de diviser la salle de l’opéra et le théâtre en deux bâtiments parallèles et un plus petit pour un restaurant, les trois avec des plaques de béton flottant au-dessus des trois volumes. L’architecte n’a pas considéré la lumière comme une exigence fondamentale pour un théâtre d’opéra ou de concerts car ceux-ci ont généralement lieu la nuit. Mais les vues sur la baie de Sydney, surtout à l’endroit où les bâtiments seraient construits, sont magnifiques, donc Utzon a priorisé les deux extrémités courtes des principaux bâtiments, l’une des extrémités donnant sur la baie, l’autre sur la ville. Il a envisagé une façade vitrée sous les énormes coquilles. Lorsqu’il a conçu cela, Utzon n’avait jamais voyagé en Australie. Lorsqu’il l’a fait, il a modifié la disposition des vitres, mais quand la façade a finalement été réalisée, entre 1970 et 1972, il n’était plus à Sydney et on ne peut garantir comment elle aurait été réalisée par son concepteur d’origine.

Vitres

La sélection du verre pour les façades était une étape importante. Le principal critère était que ce soit un verre de sécurité pouvant être coupé sur place. Le verre trempé a été exclu, et le verre laminé a été choisi. En raison du manque d’informations à cette époque sur l’utilisation de ce type de verre dans les bâtiments, un processus de recherche et d’essais a été nécessaire. Le laminé finalement sélectionné se composait d’une couche de 12 mm de verre flotté transparent et d’une couche de 6 mm de verre polarisé en bronze, reliés par une double couche intermédiaire de 0,76 mm de butyral de polyvinyle clair. L’intention était d’éviter la teinte de « verre vert » qui aurait été obtenue avec un verre laminé clair de 18 mm, en plus de l’avantage de la protection solaire offerte par des cristaux teintés dans les orientations nord, très exposées. La teinte précise, appelée demi-topaze, a été créée par un fournisseur de verre en France et est obtenue par un processus appelé « pressage à chaud ». La taille maximale de feuille requise sur place était d’environ 4,0 m sur 2,1 m.

Montants

De l’acier a été choisi pour la structure du meneau principal en raison de sa rigidité et de sa force. Les montants standard étaient fabriqués à partir de deux tubes parallèles de 90 mm de diamètre, centrés à 530 mm et reliés par une plaque en treillis de 6 mm. Cette section avait l’avantage que la géométrie pouvait être résolue le long de la ligne centrale extérieure et que les détails de connexion standard pouvaient être développés et appliqués à toute la gamme d’orientations qui en découlaient.

Vidéo

Drawings

Photos

Construcción

 

Otras fotos

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