Centre Aquatique à Saint-Denis : isolant Foamglas et photovoltaïque sur structure bois

En parlant du Centre aquatique de Saint-Denis, nous parlons bien du centre aquatique construit pour les Jeux Olympiques 2024. Mais voilà, "Olympique", "Jeux Olympiques", etc. sont des marques déposées par le Comité Olympique International et qu’on ne peut utiliser sans y avoir été autorisé (voir page 19 de ce document).

La totalité de la toiture de ce centre aquatique (11.000 m² supportés par une charpente lamellée-collée avec des portées atteignant 90 m au plus long et variant en hauteur de 16 à 22 m) est isolée par des plaques de Foamglas, posées en deux couches croisées pour éviter les ponts thermiques.

Les atouts du Foamglas

Comme on le sait depuis notre article consacré aux isolants, le Foamglas, constitué de verre moussé à haute température, offre une longévité et une résistance mécanique tout à fait inhabituelles. Les plaques Foamglas T3+ utilisées sur ce chantier sont fabriquées à 60% avec du verre recyclé, offrent une conductivité thermique de 0,036 W/m.K. Ce qui, avec la mise en œuvre de deux couches croisées, soit une épaisseur totale de 20 cm, donne une résistance thermique de 5,55 m².K/W et un U de 0,18 W/m².K.

Les plaques de Foamglas T3+ sont formées de bulles de verre étanches à l’air et à l’eau, qui n’intéressent absolument pas les insectes. Leur résistance thermique et mécanique à la compression sont garanties 10 ans par le fabricant Owens Corning. ©PP

Avec le Foamglas, comme la performance thermique demeure constante dans le temps – les FDES sont données pour une durée de vie conventionnelle de 100 ans -, il n’y a aucun risque de d’apparition de condensation au sein de la toiture, avec tous les désordres qui peuvent en résulter. De plus, le Foamglas ne se tasse pratiquement pas : grâce à sa résistance à la compression de 500 kPa, il se limite à un tassement quasi nul de 0,5 mm selon son DTA. Enfin, les plaques de Foamglas sont collées entre elles et sur le support de toiture au bitume chaud. Ce qui évite tout risque d’infiltration, même si la membrane d’étanchéité se dégrade.

Voici le profil de la toiture du stade nautique de Saint-Denis – celui qui abritera bientôt des activités sportives dans le cadre de jeux symbolisés par 5 anneaux – de bas en haut : voliges en bois posées sur la structure de la toiture, complexe acoustique composé d’un feutre, de tasseaux et de laine de roche, bac en acier nervuré, deux couches de Foamglas, étanchéité en bande bitumeuse, membrane en EVALON V d’Alwitra, supports des panneaux photovoltaïques. L’entreprise BECI BTP a posé environ 3,7 plaques de Foamglas par m². Trois couches de ces plaques étant trempées dans le bitume. ©BECI BTP

Une toiture exceptionnelle

Naturellement, il a fallu une brassée d’Appréciations Techniques Expérimentales (ATEx) pour mettre en œuvre cette étanchéité/isolation sur cette toiture hors normes. La toiture en bois du stade nautique mesure environ 100 x 100 m. Elle affecte une forme courbe avec un point bas au milieu qui contribue à réduire de 30% le volume de la halle à chauffer et à ventiler. Cette toiture coiffe une arena de 5000 places assises et porte un champ photovoltaïque de 2340 modules PV Photowatt, soit une puissance de 805 kWc.

©A 2/3/4 – Venhoeven CS – Proloog

Il a fallu réaliser une ATEx de conception et d’exécution à la fois, une ATEx de cas "b", puisqu’il s’agissait d’une innovation majeure sur un chantier précis et une ATEx globale. L'ATEx de type "b" concerne en effet un projet de réalisation identifié, c'est-à-dire l'application d'une technique constructive sur un chantier précis à réaliser. L’Etex traite également du raccordement électrique des panneaux PV, de leur poids de leur puissance. L’Atex a nécessité 17 essais en laboratoire et 17 mois de travail entre le 15 mai 2020 et le 19 novembre 2021 : un chantier dans le chantier.

En l’occurrence, l’innovation est principalement liée à la structure de la toiture, de forme courbe concave comme une corde tendue – une catène bois – avec, posés dessus, des voliges bois qui forment un diaphragme. ©PP

La structure bois de la toiture est tendue sur 20 poteaux, dont la hauteur varie jusqu’à 25 m pour les plus haut. Chaque poteau bois repose sur un poteau béton de 12 m enfoui dans le sol, reposant lui-même sur un tripode en béton, ancré 20 m sous le sol fini. Les poutres de 90 m de long ont été livrées en trois parties, étayées sur site et clavetées en place. ©BECI BTP

Cette structure en catène est connue pour l’acier, mais sa réalisation en bois est une première mondiale. Comme le bois est naturellement sensible aux variations d’humidité est que la structure bois se trouve directement en contact avec l’ambiance intérieure au-dessus du bassin, les calculs ont été effectués deux fois : par le Pôle scientifique et technique de Bouygues Bâtiment et Maîtrise d’œuvre, puis par Mathis qui a fourni poutres et poteaux et Mtech, chargés des façades. Socotec a validé le tout.

Autre innovation, la pente de cette toiture varie de 10 à 38%. Poser du photovoltaïque sur de telles pentes, sans fixations traversant l’isolant thermique n’est pas courant non-plus. Face à toutes ces difficultés, prudent, le maître d’ouvrage, la Métropole du Grand Paris, a choisi la formule conception-construction-exploitation. A partir de l’été 2025, Récréa, basé à Caen sera l’exploitant du stade nautique pendant 15 ans. Une passerelle piétonne, tendue au-dessus de l’autoroute A1 relie le stade nautique au stade de France.

Les parties les plus pentues de la toiture sont isolées par deux couches de Foamglas pour éviter les joints coniques en bitume. Les moins pentues se contentent d’une couche unique de 20 cm. Les plaques de Foamglas ont été plongées dans un bain de bitume à 160°C pour les enduire sur trois côtés. Elles sont recouvertes d’une couche d’étanchéité bitumeuse soudée à chaud. ©BECI BTP

Au-dessus de l’étanchéité bitumeuse, la membrane EVA est collée à chaud et les lais sont posés en recouvrement – le petit galon gris - puis soudés. ©BECI BTP

La plus grande installation photovoltaïque sur toiture en structure bois

L’entreprise BECI BTP s’est chargée de la couverture, à partir de novembre 2022. Il aurait normalement fallu 5 mois avec environ 10 compagnons sur le chantier. Mais, voilà, post-Covid, toutes sortes de difficultés et de retards sont intervenus et la couverture a été livrée à la fin de l’été 2023. ©BECI BTP

A la faveur de l’ATEx réalisé, le CSTB attendait notamment une série de justifications particulières à propos du système de fixation retenu, fabriqué et fourni par Domesolar, notamment de l’harmonie entre les différents composants, la tenue au vent et à l’arrachement, du procédé de fixation, la résistance au fluage des composants et la conformité électrique de l’installation.

Le procédé de fixation Domesolar, employé par les zones à forte pente, repose sur des plaques de fixation métalliques crantées de 15 x 15 cm, ancrées dans les plaques de Foamglas. ©BECI BTP

Vient ensuite un rail de fixation fixé sur l’étanchéité par deux brides EVALON Duo d’Alwitra ou bien, là ou elles sont présentes, monté sur les boîtes métalliques ancrées dans le Foamglass. ©BECI BTP

5400 rails sont implantés sur les 8500 m² de toiture qui supportent du photovoltaïque. Il a fallu deux passages successifs des géomètres pour repérer avec précision leur implantation. A chaque extrémité de chaque rail, un patch a été soudé au préalable, pour éviter que l’arrête franche du rail ne blesse la membrane d’étanchéité. ©BECI BTP

Tout ce système supporte les 2340 modules photovoltaïques fournis par Photowatt, qui appartient à EDF. ©BECI BTP