Qu’est-ce qu’une structure spatiale ? Caractéristiques, avantages et applications

Comme il existe de nombreuses façons de construire un bâtiment, il existe plusieurs façons de réaliser sa toiture. Une toiture bien choisie donne du caractère même à un bâtiment simple. Lorsqu’il faut couvrir une grande surface sans poteaux, la plus puissante de ces solutions est la structure spatiale. Ce guide explique ce qu’elle est, comment elle fonctionne et où elle s’emploie.

Qu’est-ce qu’une structure spatiale ?

Une structure spatiale est une ossature porteuse tridimensionnelle dans laquelle des tubes d’acier munis d’embouts coniques sont boulonnés sur des nœuds en forme de sphère. Les barres se répètent en modules pyramidaux et dessinent une couverture en résille. Le même système est appelé charpente tridimensionnelle, treillis tridimensionnel, nappe tridimensionnelle ou, en anglais, space frame.

Tout le secret tient à la géométrie : les charges de toiture ne sont pas reprises par une seule poutre, mais réparties par les nœuds sur toutes les barres. Celles-ci ne travaillant qu’en traction et en compression, l’acier est utilisé au mieux.

De quoi se compose une structure spatiale ?

Une structure spatiale se compose d’un système porteur principal et d’éléments secondaires qui portent la couverture.

Système porteur principal

• Sphère : le nœud en acier forgé où se rejoignent les barres.
• Tube : la barre qui reprend l’effort ; diamètre et épaisseur sont fixés par le calcul.
• Cône : la pièce de transition soudée aux extrémités du tube.
• Boulon, manchon et goupille : l’ensemble d’assemblage qui relie le tube à la sphère.
• Appui : le point où le système repose sur un poteau ou une poutre.

Éléments secondaires et couverture

• Panne : élément secondaire posé au-dessus des nœuds supérieurs, qui porte la couverture.
• Chevron : si nécessaire, élément posé sur les pannes et recevant la couverture.
• Couverture : panneau sandwich, bac acier, joint debout, polycarbonate ou verre.

Les avantages de la structure spatiale

Les structures spatiales sont plus légères que les autres systèmes de toiture et résistent mieux aux séismes. Avec une géométrie et un calcul adaptés, elles se passent de poteaux intermédiaires jusqu’à 100 m en toiture plane et 200 m en voûte ; moins d’appuis verticaux, c’est une grande liberté d’usage.

• Légèreté : elle réduit les charges sur fondations et poteaux, donc le coût global du bâtiment.
• Rapidité : les éléments sont préparés en usine ; sur chantier, il n’y a que le montage.
• Démontabilité : la toiture se démonte et se remonte facilement ailleurs.
• Esthétique : le treillis est élégant vu du dessous, sans faux plafond.
• Durabilité : les pièces d’assemblage sont galvanisées ; tubes, pannes et chevrons sont peints ou protégés autrement selon le projet.
• Réseaux facilités : ventilation, éclairage et câbles passent dans le treillis.

Où utilise-t-on les structures spatiales ?

Les structures spatiales s’imposent surtout dans les bâtiments de grande portée : terminaux d’aéroport, hangars d’avions, centres commerciaux, tribunes de stades, parcs des expositions et centres de congrès, bâtiments industriels, usines et entrepôts, gares routières, salles de sport, piscines et parcs aquatiques, coupoles de mosquées. Bref, partout où il faut couvrir vite et sans poteaux une grande surface.

Quelle différence avec une toiture classique ?

En résumé

Par sa légèreté, sa rapidité et sa liberté de forme, la structure spatiale est le système de couverture le plus efficace pour les bâtiments de grande portée. Pour un bon résultat, il importe que l’étude, la fabrication et le montage soient confiés à une même équipe spécialisée. Akyol Uzay Çelik conçoit, fabrique et monte des charpentes tridimensionnelles depuis 1997.

Questions fréquentes