Les toits de stades sont des structures complexes qui nécessitent des efforts architecturaux et d’ingénierie importants. De nombreux toits de stade modernes sont rétractables car cela crée une flexibilité maximale; cependant, les toits rétractables présentent leurs propres défis uniques. Dans cet article, Aurecon explore la conception réussie de ces toits afin de maximiser à la fois l’expérience du ventilateur et le retour sur investissement essentiel.

Définition des toits rétractables

Dans le passé, de nombreux toits de stades populaires et polyvalents étaient simplement en forme de dôme. Aujourd’hui, les toits rétractables – la nouvelle génération de systèmes de toiture – sont convertibles et peuvent être ouverts pour laisser briller le soleil les jours de beau temps, et fermés par mauvais temps. Cela offre une flexibilité pour créer le niveau de protection contre les intempéries requis tout en maintenant des conditions de jeu optimales, l’expérience des fans et les conditions de croissance du gazon naturel.

Les toits rétractables nécessitent une conception intelligente car ils doivent pouvoir déplacer des centaines de milliers de kilogrammes d’acier, de verre, de matériaux de revêtement et de plafond, ainsi que des services mécaniques et électriques en quelques minutes. Très peu de stades de toit rétractables se ressemblent, et chacun a ses propres systèmes de support, de traction et de contrôle qui permettent aux panneaux de toiture de se replier, de se rétracter ou de glisser les uns sur les autres en toute sécurité et de manière fiable afin d’exposer la zone qu’ils couvrent.

Margaret Court Arena, Australie

L’analyse de rentabilité pour les toits rétractables

Construire une analyse de rentabilité solide pour un toit rétractable est la clé. Les clients et les développeurs doivent peser soigneusement sur l’héritage d’un stade – en d’autres termes, à quoi servira le stade une fois un événement prestigieux passé?

Les toits rétractables garantissent qu’un stade peut être utilisé à des fins autres que des événements sportifs, tels que des concerts, des expositions et des spectacles. Cette flexibilité dans l’utilisation du stade aide à établir une analyse de rentabilisation pour investir dans un toit rétractable.

Un autre avantage est de s’assurer que les jeux, les événements et les expositions ne sont pas annulés en raison du mauvais temps.

Les fans et les supporters n’assistent pas aux événements s’ils savent qu’ils vont se mouiller. Grâce aux toits rétractables, les événements peuvent se dérouler comme prévu quelles que soient les conditions météorologiques. L’expérience des fans et l’environnement dans lequel les fans vivent des événements sportifs sont bien meilleurs lorsqu’il s’agit d’un toit rétractable. Cela fait partie de l’analyse de rentabilisation financière pour choisir un toit rétractable.

De nombreux stades en forme de dôme populaires construits dans les années 1960 et 1970 nécessitaient du gazon artificiel car les structures fermées ne permettaient pas un ensoleillement suffisant pour que le gazon naturel pousse. Les toits rétractables ont changé la donne car ils créent un meilleur environnement pour le gazon naturel en plein air.

Dans des projets comme le stade de Wembley à Londres, des panneaux de toit rétractables s’ouvrent sur des tribunes sur trois côtés, facilitant la croissance de l’herbe ainsi que l’amélioration de la qualité de la diffusion extérieure grâce à l’élimination des grandes ombres projetées sur le terrain de jeu. Ce sont d’autres facettes de l’analyse de rentabilisation qui oblige les promoteurs de stades sportifs à investir dans des toits rétractables.

Stade de Wembley, Angleterre

Surmonter les limites des toits de stade

Dans de nombreux cas, un toit de stade est judicieux pour les développeurs, mais ces toits sont également une épée à double tranchant. Dans les grands stades, où ils sont principalement utilisés pour des événements sportifs et non sportifs, les toits protègent les spectateurs des effets environnementaux tels que le soleil, la pluie et le vent.

Mais si le toit offre un abri et un environnement confortable aux spectateurs, il crée un grand effet d’ombre qui peut avoir un impact, par exemple, sur un terrain de football, la croissance du gazon et de l’herbe. Cela crée un catch-22 pour les propriétaires et les exploitants, car la protection des spectateurs contre les effets environnementaux néfastes entrave essentiellement l’air et la lumière du soleil qui doivent atteindre l’herbe afin d’assurer sa croissance et sa longévité.

Surmonter ces obstacles pour parvenir à une solution de toit rétractable efficace, efficiente et dynamique nécessite une contribution considérable des architectes, des ingénieurs, des propriétaires et des opérateurs. Parmi les solutions qu’Aurecon propose aux développeurs, citons les suivantes:

Toits translucides

L’ajout de translucidité à un toit rétractable fournit un niveau d’éclairage à l’herbe qui peut faciliter la croissance. Cependant, alors que les feuilles et les panneaux de toit peuvent être translucides, l’effet est limité du fait qu’une structure doit encore être créée pour porter la toiture. Le stade Forsyth Barr à Dunedin, en Nouvelle-Zélande, est le seul stade couvert en permanence au monde avec un terrain de jeu en gazon naturel.

Il a été officiellement inauguré en août 2011 à temps pour la Coupe du Monde de Rugby 2011. Il a été salué par de nombreux éloges pour sa grande atmosphère et sa fonctionnalité. C’était un projet visionnaire. Tout au long des étapes de planification du stade, le client (Carisbrook Charitable Stadium Trust) et l’équipe du projet ont veillé à ce que le gazon reste à l’avant-garde de la conception de cette solution « stade entier ». Le stade a été construit autour du gazon plutôt que l’inverse. Le principal défi pour l’équipe de conception était de faire pousser du gazon solide et sain sous un toit fixe en éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE).

Les ingénieurs et modélistes d’Aurecon se sont associés aux experts en gazon de l’architecte du stade et ont entrepris des études rigoureuses à l’aide d’un banc d’essai sur une période de deux ans pour comprendre les effets de l’ETFE sur la croissance de l’herbe dans des conditions saisonnières contrastées afin de s’assurer que le terrain serait du niveau élevé requis pour les événements sportifs internationaux.

Rétracter les toits pour exposer l’herbe à la lumière du soleil

Une autre solution possible pour faciliter un terrain sain est de rétracter le toit au-dessus des tribunes par beau temps. Le stade de Wembley, par exemple, a des panneaux de toit rétractables qui s’ouvrent sur des tribunes sur trois côtés, exposant l’herbe à la lumière du soleil en cas de besoin. Aurecon a entrepris l’ingénierie structurelle de la voûte et du toit, ce qui a nécessité l’utilisation d’une ingénierie structurelle avancée pour réaliser l’arche de 315 mètres de portée et la conception élégante des structures de toit proportionnées. Le côté nord étant couvert par le toit fixe, sept panneaux de toit à entraînement indépendant se déplacent parallèlement vers le sud pour s’ouvrir sur les tribunes est, ouest et sud. Cela offre un terrain de jeu presque sans ombre.

Compléter la lumière naturelle avec des lampes de culture

Les arènes toutes saisons constituent une solution idéale car elles peuvent être utilisées à des fins de divertissement lorsqu’elles sont complètement fermées. L’acoustique est bonne et le degré d’abri nécessaire est prévu pour les personnes assistant à l’événement. Dans ce cas, les toits rétractables créent la flexibilité dont la plupart des promoteurs ont besoin en termes d’abri. L’Etihad Stadium de Melbourne, qui compte 55 000 places, est un exemple frappant de structure de toit entièrement rétractable. Le gazon naturel est maintenu en bon état grâce à la grande ouverture du toit, mais certaines parties de l’herbe restent ombragées lorsque le toit est ouvert. Dans le cadre du processus de gestion du gazon, des « lampes de culture” localisées sont utilisées pour compléter la lumière du jour.

Stade de football de TEDA, Chine

Concevoir en pensant à l’avenir

Bien que la conception du stade soit souvent motivée par un besoin à court terme de préparer le terrain pour un événement spécifique tel que les Jeux Olympiques, l’héritage durable de la structure doit être pris en compte. Assurer l’avenir d’un stade signifie penser à l’avenir à l’entretien dont les stades ont besoin et à la manière dont l’investissement peut être maximisé pour les événements futurs.

Une planification minutieuse et une réflexion prête à l’emploi aident les architectes et les ingénieurs à concevoir au-delà des événements de prestige, à répondre aux exigences du client et à créer simultanément une structure qui maximisera l’utilisation du stade à l’avenir. Par exemple, concevoir une structure de base pouvant accueillir un futur toit rétractable serait beaucoup plus économique que de renforcer la structure du stade pour pouvoir supporter les charges d’un toit rétractable. Ajouter plus de surface ou changer ou renforcer le toit pour accueillir des charges de vent plus lourdes à un stade ultérieur peut être très coûteux, de sorte que la structure principale doit être conçue pour répondre aux besoins futurs potentiels.

Aurecon conseille aux clients de considérer leurs besoins futurs holistiques et de concevoir les dispositions nécessaires pour répondre aux besoins futurs de la structure de base. L’effet sur le revêtement de toit fixe, les problèmes d’étanchéité, l’accès, la sécurité et la capacité de charge future du vent doivent tous être pris en compte lors de la conception initiale.

Trouver la bonne solution en termes de conception de toiture légère capable de supporter de fortes charges de vent ainsi que de s’adapter à une expansion future nécessite une analyse minutieuse et une collaboration entre les clients, les architectes et les ingénieurs.

Surmonter la constructibilité

La constructibilité est une autre considération clé car les stades doivent être construits de manière sûre, économique et dans le moins de temps possible. Toute construction temporaire du stade ou la construction de soutien du toit créera un niveau de perturbation et de risque. Afin de minimiser les risques encourus, la séquence de construction doit être planifiée et les travaux temporaires choisis doivent être soigneusement étudiés afin de s’assurer qu’ils sont sûrs et économiques.

Pour obtenir une méthode de construction « sans hélice », rapide et sûre pour le RAC Arena (anciennement Perth Arena), le toit, comprenant toutes les structures métalliques fixes et mobiles, ainsi que tous les revêtements et services, a été entièrement construit au niveau du sol et treuillé en position en une opération rapide de 2 heures. Environ 2 500 tonnes (2 500 000 kg) de toit en acier entièrement revêtu et entretenu, plus grand que la taille d’un terrain de football complet, a été soulevé de 23 mètres de hauteur.

RAC Arena, Australie

La connaissance des questions de constructibilité est essentielle dans la conception de toits à longue portée de tous types. Le toit du terminus de la liaison ferroviaire express West Kowloon à Hong Kong, par exemple, est très complexe. Le terminus est un important projet multiplateforme de transport transfrontalier qui comprend une gare, une liaison ferroviaire et un terminal souterrain, qui sert de passerelle vers Hong Kong. Aurecon a été chargé de l’analyse de l’érection et du contrôle de la géométrie de la structure du toit en acier pour le développement et l’équipe de consultants a dû s’assurer que la charpente métallique du toit n’était pas trop sollicitée pendant l’érection.

Pour ce faire, la structure du toit incurvée et les colonnes inclinées ont dû être supportées temporairement pendant les différentes étapes de la construction du toit. Cependant, les travaux temporaires devaient être enlevés dès que possible pour permettre à d’autres activités de construction de se poursuivre. Cela a nécessité une analyse et une conception très détaillées de la séquence de construction.