Cet article concerne le domaine de la construction. Pour la discipline artistique, voir structures metalliques .

La construction metallique est un domaine de la construction , mais aussi de la mecanique ou du genie civil qui s'interesse a la construction d' ouvrages en metal et plus particulierement en acier .

Le fer et l'acier dans la construction sont longtemps utilises de maniere marginale, avant les developpements et progres de la metallurgie , lies a la revolution industrielle . La construction fait alors un usage intensif des produits presentes dans le catalogues des fonderies.

L'acier ne trouvera pas immediatement ses lettres de noblesse et servira dans la construction des charpentes, cache derriere une facade qui demeurera en pierre.

Fin XIX ^e  siecle, quelques ingenieurs, architectes et plasticiens font toutefois l'effort de regarder plus loin les possibilites offertes par le materiau ^{[ 1 ]} .

Histoire [ modifier | modifier le code ]

Le metal a ete dans un premier temps travaille comme de la pierre. Les premiers metaux reconnus par l’homme comme differents de la pierre, le cuivre et l’ or , ont ete trouves dans la nature a l’etat de metal et non de minerai. Parmi ces metaux natifs, le plus anciennement utilise (en Anatolie au VII ^e  millenaire  av. J.-C. ) est le cuivre. Une riche collection d’objets en or datant du V ^e  millenaire  av. J.-C. a ete decouverte a Varna (Bulgarie) et, par ailleurs, quelques rares objets du V ^e  millenaire  av. J.-C. egalement, en fer natif probablement meteoritique , ont ete mis au jour en Iran. De nouvelles proprietes du cuivre sont par la suite reconnues telles la malleabilite, la fusion du metal pur avec ses applications dans le moulage, la fusion reductrice qui permet d’obtenir le metal a partir de son minerai, et le recuit qui homogeneise le metal dans sa masse. La metallurgie a ses debuts n’etait guere plus encombrante ni polluante qu’un atelier de potier et ces ateliers se trouvaient aussi bien dans des maisons que dans des quartiers specialises. Les essais effectues soit a Goltepe avec le minerai de Kestel enrichi en cassiterite , soit a Arslantepe avec un minerai sulfure complexe indiquent qu’une temperature de l’ordre de 1 200   °C peut etre atteinte dans le creuset ou le minerai est melange a du charbon de bois ^{[ 2 ]} , ce qui est suffisant pour faire fondre le cuivre ( 1 084  °C ).

C'est a partir du second Age du Fer qu'une industrie siderurgique se developpe veritablement en Europe. Le fer , dont la temperature de fusion de 1 535  °C ne peut etre atteinte par les bas fourneaux , est obtenu par cinglage d'une quantite de minerai dans un etat intermediaire, la loupe , pour en extraire les scories . Des inclusions de fiches en fer ont ete decouvertes dans le murus gallicus celtique ^{[ 3 ]} . Les premieres productions metallurgiques sont marginales par rapport a l'industrie lithique et ceramique et interessent tres peu la construction si ce n'est pour les outils. Pour les outils et les armes, les premiers exemples ont des formes qui reproduisent les modeles en pierre, os, ceramique et coquillage. Ils se sont substitues aux objets realises dans ces materiaux apres que les avantages des metaux, essentiellement les alliages cuivre-arsenic et cuivre-etain, ont ete reconnus, soit au stade de la fabrication (rapidite d’execution, facilite du moulage et de l’obtention de petites series, reparations possibles, reutilisation du metal), soit du fait des qualites propres du materiau (robustesse, durete et tranchant des armes). L’aspect exterieur du bronze, argente pour celui a l’arsenic et dore pour celui a l’etain, a ete de plus probablement apprecie non seulement pour les bijoux mais aussi pour les outils et les armes ceremoniels ^{[ 4 ]} .

Le bronze participe a la decoration du temple de Salomon vers -1000 et les colonnes Jakin et Boaz , coulees par Hiram , alimenteront bien plus tard la symbolique maconnique . Les Egyptiens, les Grecs, et jusqu'aux Celtes feront usage de crampons en fonte dans le Grand appareil . Quelques inventions sont determinantes, telles la scie pour l'industrie du bois et de la pierre, les premieres canalisations dans le complexe du Temple mortuaire de Sahoure ( V ^e dynastie ) en Basse Egypte, l'usage ancien des metaux dans les pieces d'usure tels les pistons pour les premieres pompes hydrauliques par Ctesibios et Philon de Byzance , les pivots des premieres machines - histoire des grues . L'utilisation structurelle la plus importante du fer dans l'Orient medieval concerne de nombreuses grandes et petites poutres en fer forge dans les temples hindous a Puri et Konarak en Odisha (Inde, XIII ^e  siecle). Dans l'Europe medievale, les architectes byzantins adoptent des tirants de fer exposes pour contenir les poussees des arcs de maconnerie et des voutes. Le Moyen Age europeen fera usage de chaines en fer coulees dans les maconneries, d'ou est issu le terme technique de ≪  chainage  ≫. Les plaques de cheminee sont un debouche de choix pour la fonte brute . Un traite de serrurerie ^{[ 5 ]} par Mathurin Jousse en 1627 decrit les procedes employes par les ouvriers du Moyen Age. Mais il faut attendre la fin du XVIII ^e  siecle pour que se developpe l'usage structurel et intensif du bronze, du fer forge et de l' acier .

En Angleterre, du fait de la penurie de bois , Abraham Darby , fondeur et metallurgiste a Coalbrookdale a l'idee de remplacer le charbon de bois par du charbon de houille, le coke . Il obtient ver 1750 un fer forgeable, utilisant ce procede. Differentes decouvertes, dont celle de Benjamin Huntsman , un horloger de Sheffield , permettent de produire des aciers dont la qualite ne cesse de s'ameliorer. Les guerres, sont des vecteurs de developpement puissant de l'industrie, celle de Sept Ans favorisant des installations telles celle de John Wilkinson ^{[ 6 ]} .

Au debut du XIX ^e  siecle, l'essor de la production d'acier modifie de maniere fondamentale la maniere de construire, car la construction etait jusque-la limitee par l'utilisation du bois et de materiaux exclusivement sollicites a la compression, telles la pierre ou la brique. L'usage de l'acier permet tout a coup de construire des batiments aux performances structurelles inegalees. Le fer est a la fois un materiau dur, plastique, elastique et ductile; il est faconnable, flechit, se contracte ou se dilate sans se rompre. Lamine, il devient profile: il prend la forme de barres , de plaques , de toles , de tringle ou de fils . Ceux-ci sont assembles par rivet , a chaud ou a froid, en atelier ou sur chantier. L'organisation en treillis multiplie les possibilites constructives (la tour Eiffel les multiplie a l'envi). Entre 1850 et 1915, on utilise simultanement, fer puddle et acier) ^{[ 6 ]} .

L'utilisation du fer, de la fonte et de l'acier dans des ossatures porteuses se fait en trois etapes ^{[ 7 ]} :

• L'ere dite de la fonte (1780-1850), qui debute avec la generalisation du haut fourneau au coke . Un exemple de l'architecture en fonte est la Halle au ble a Paris, restauration d'une ancienne charpente en bois qui avait brule, par Francois-Joseph Belanger , constituee de fines membrures en fonte ;
• L'ere du fer forge (1850-1900), qui remplace progressivement la fonte grace a la mise au point du puddlage  ;
• L'ere de l' acier (de 1880 a nos jours), qui succede au fer, avec la mise au point du convertisseur .

L'industrie de l'aluminium ne se developpera veritablement qu'a la fin du XIX ^e  siecle

Le fer et la serrurerie [ modifier | modifier le code ]

Les quantites traitees de fer produites dans un premier temps etaient modestes et ne permettait que la confection d'objets de taille limitee, dans la construction, des elements d'assemblage ou de renfort, ainsi que les serrureries qui ont donne le nom a la discipline qui s'occupe des objets manufactures en fer, la serrurerie . L' etampage qui consiste a frapper le metal chauffe dans une forme en fer lui conferait eventuellement une resistance plus importante.

Au Moyen Age , l'emploi de soufflantes permet d'augmenter la temperature de la fonte, qui liquefiee peut etre introduite dans des moules et ainsi produire des barres. Celles-ci etaient refondues et introduites dans de nouveaux moules pour produire les elements desires. Avant la revolution industrielle le fer n'est donc employe que de maniere marginale sous forme d' ancres , d' agrafes , de chaines , de grilles . Certains batiment gothiques ne tiendraient pas sans l'usage de tirant dissimules dans la maconnerie. Au Pantheon , des pieces metalliques viennent suppleer a la faiblesse des elements de structure en pierre ( Pierre armee ).

Avec la revolution industrielle , la production des pieces en fer, en fonte et en acier se deplace des ateliers des forgerons, vers les ateliers des usines siderurgiques (La Societe anonyme John Cockerill , par exemple, en 1842 se repartit en cinq divisions: houilleres; minieres; fonderie; fabrique de fer; la cinquieme etant les ateliers de construction qui totalisent 4 200 ouvriers. On y fabrique de tout: machines a vapeur , chaudieres , ponts , navires en fer et de tout ce qui s'y rattache, metiers mecaniques pour filature et tissage , de cardes , tondeuses, broches, outils ,  etc. ^{[ 8 ]} ) Des accessoires et elements de decoration, des colonnes et poutrelles en fonte sont fabriques de maniere standardisee et en continu. La conception d'un batiment passe par la connaissance du catalogue des fonderies ^{[ 9 ]} . Le "Traite theorique et pratique de l'art de batir" (1817) de Jean-Baptiste Rondelet est une source d'information sur l’emergence de l'acier dans la construction et un etat des connaissances en serrurerie avant que cette mutation ne se produise. Rondelet esquisse pour l'acier un avenir dans les charpentes : L'acier se rapproche en effet tres fort du bois dans ses proprietes elastiques.

Caracterisation des materiaux [ modifier | modifier le code ]

Fin XVII ^e  siecle, debut XVIII ^e  siecle, l'idee d'une physique mecaniste prend le pas sur celle philosophique heritee d'Aristote. La science physico-mathematique progresse et les ingenieurs accumulent les experiences sur la force des bois, de la pierre et du metal. Decelables des 1825-1830 dans le domaine du genie civil et de la construction, les premiers symptomes de l'industrialisation, la multiplication des theories physico-mathematiques et des objets d'application: machines a vapeur , ponts suspendus , chemins de fer semblent s'opposer a la constitution d'un corpus de connaissances unitaire ^{[ 10 ]} .

On fait sur la resistance des materiaux , et plus particulierement sur celle du fer, un grand nombre d'experiences parmi lesquelles on doit distinguer celles de Georges-Louis Leclerc de Buffon (1707-1788) qui fait en 1768 installer une forge sur sa propriete dont la finalite est l'etude du materiau. Les coefficients d'elasticite du fer et de l'acier ont ete etudies par Charles-Augustin Coulomb (1736-1806), Alphonse Duleau ^{[ 11 ] , [ 12 ]} ), Pehr Lagerhjelm   (sv) , Thomas Tredgold   (en) ^{[ 13 ]} , Peter Barlow , Thomas Young , John Rennie , Franz Josef von Gerstner , Marc Seguin ^{[ 14 ]} ), Emile Martin ^{[ 15 ]} , Henri Navier ^{[ 16 ]} ) ,  etc. C'est a Guillaume Wertheim ^{[ 17 ]} (1815-1861) que l'on doit les principales experiences sur l'allongement.

En 1806, l'officier de la Royal Navy Samuel Brown (1776-1852) substitue aux cables de fibre vegetale des vaisseaux, des chaines en fer. La societe qu'il fonde fournira toutes les chaines de la Royal Navy jusqu'en 1916. De cette application du fer datent en Angleterre une foule de recherches et d'experiences sur la force et la traction du fer et sur ses diverses qualites, quelquefois sur des echelles presque gigantesque ^{[ 18 ]} , mises aussitot a profit pour la construction des ponts suspendus par des chaines. Les ponts suspendus , constituent probablement l'un des premiers types de construction entierement calculables ^{[ 10 ]} . Apres les experiences de James Finley en 1801, Henri Navier , en 1826 , le pont suspendu de Menai (Menai Bridge) par Thomas Telford est une totale reussite. Un pont suspendu classique est impossible en France du fait de la qualite mediocre des chaines; Marc Seguin pour un pont suspendu, la passerelle de Saint-Antoine , en 1823 propose l'emploi de faisceaux de fils de fer . Les cables en fil de fer succedent aux chaines. La consommation de cables de traction en acier a partir du milieu XIX ^e  siecle est enorme et vise les domaines d'utilisation aussi divers que le levage dans les puits de mine et sur plans inclines , les haubans des derricks , cheminees, les manœuvres dormantes des navires; les catenaires de tramway , le transport par cable ^{[ 19 ]} ,  etc.

D'autres experiences sont realisees sur les rails de chemins de fer, les toles employees dans de nouveaux profils tubulaires, dans les chaudieres et les conduites.

La fonte [ modifier | modifier le code ]

La difference physique entre la fonte et le fer tient a la teneur en carbone. Le fer est lamine et forge dans les usines metallurgiques en profiles dont la finalite est d'etre combines et assembles en ensembles de plus grande taille alors que la fonte est moulee a la demande selon differents modeles. La forme de predisposition de la fonte etait la colonne, la fonte resistant bien a la compression, celle du fer, la poutre.

Ponts en fonte [ modifier | modifier le code ]

En 1777, l' Iron Bridge est construit en fonte et emprunte a la maconnerie en pierre et a la charpente en bois la maniere de concevoir et d'agencer les pieces. Le premier pont en fonte est l'≪  Iron Bridge  ≫, construit en 1779 par Abraham Darby III sur la Severn , a Coalbrookdale . Les techniques d'assemblage sont les memes que pour le bois: boulonnage, cheville et embrevement ^{[ 1 ]} . En 1801, la construction du premier pont des Arts , a Paris, marque la volonte de la France de s'initier a la construction en fonte .

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  Pont ferroviaire du Tay
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  Abraham Darby II , Iron Bridge , Coalbrookdale . Premier grand pont metallique au monde.- 1779 - fonte
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  Eglinton Tournament Bridge   (en) Ecosse

Elements de decoration en fonte [ modifier | modifier le code ]

En 1818, le Brighton Pavilion par Nash , emploie la fonte dans des grilles, des mains courantes . La fonte devient prisee pour les elements de decoration ^{[ 6 ]} .

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• 
  Catalogue d'informations utiles et tableaux relatifs au fer, a la tole et a d'autres produits fabriques par Milliken Brothers (1901)
• 
  Calvert Vaux , Plaza Fountain 1873
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  King's College (Cambridge)
• 
  Maison Bowe, route du Polygone a Strasbourg. Balcon et barriere en fonte
• 
  Paris, rue du Bac 26, grille en fonte
• 
  Boulevard du Temple (Paris), portail, grille en fonte
• 
  Pont Alexandre III , lanternes concues pour le gaz d'eclairage - 1900
• 
  Alsace, Bas-Rhin, Eglise Saint-Martin d' Erstein , bancs des fideles
• 
  Carson, Pirie, Scott and Company Building , Chicago, entree.

Serres et halles [ modifier | modifier le code ]

La colonne en fonte [ modifier | modifier le code ]

Les colonnes en fonte constituent un element de vocabulaire essentiel de l'architecture en fonte qui se developpe dans les annees 1780-1850.

Les premieres experiences et observations les plus completes sur la compression sont dues a Eaton Hodgkinson et reportees dans les Philosophical Transactions de 1840. Elles portent d'abord sur des prismes courts de bois puis de fonte qui cedent par ecrasement en se disjoignant lateralement de diverses manieres, puis de colonnes qui cedent d'une maniere intermediaire entre celle qui consiste a s'ecraser et celle qui consiste a flechir lateralement. Hodgkinson represente empiriquement les resultats par une formule de Leonhard Euler dont il fait varier les facteurs ^{[ 18 ]} . Une colonne en fonte dont la longueur varie de 0 a 5 fois le diametre se rompt toujours par ecrasement simple. Lorsque la longueur est comprise entre 5 et 25 fois le diametre le phenomene de la rupture est mixte; il y a a la fois ecrasement simple et flexion. Enfin quand la longueur depasse 25 fois le diametre, c'est toujours par flexion que la rupture se produit. Des que la flexion a commence elle tend a s'accroitre rapidement meme pour une faible augmentation de la compression. Lorsque les extremites des colonnes sont encastrees la resistance est trois fois plus forte que lorsqu'elles sont arrondies ^{[ 20 ]} .

On constitue l'encastrement des colonnes en fonte, en haut et en bas, au moyen de chapiteaux et d'embases solidement boulonnees. A egalite de matiere employee il est avantageux de donner a la colonne une forme renflee afin de rendre la flexion moins facile. A egalite de matiere les colonnes creuses resistent beaucoup mieux que les colonnes pleines; la fonte coulee sur une moindre epaisseur s'est mieux trempee et l'accroissement du diametre total rend la flexion moins facile. Il est indispensable que la colonne creuse soit d'epaisseur bien uniforme sans quoi la resistance serait illusoire ^{[ 20 ]} .

Application des theories constructives rationalistes d' Eugene Viollet-le-Duc , qui y voyait la un moyen de reduire a la fois le prix et le temps de la construction, une architecture qui n'est pas debarrassee des references du passe se developpe qui fait usage de ces colonne en fonte. L' eglise Saint-Eugene-Sainte-Cecile par Louis-Auguste Boileau en est un exemple. Le diametre moyen des colonnes en fonte y est de 32  cm et l'epaisseur de la fonte est de 2  cm . La cloture du pourtour de l'eglise est en pierres de taille avec remplissages en moellons. Les nervures des voutes sont en fer forge avec remplissages de maconnerie a doubles parois renfermant une couche d'air qui conserve l'egalite de la temperature ^{[ 21 ]} .

• 
  Bibliotheque nationale de France , Site Richelieu, Salle Labrouste 1854-1875
• 
  Tabacalera de Valencia, colonne
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  Colonne en fonte, Broadway and Spring Streets, Aurora
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  U.S. Naval Air Station, Pensacola, Comte d'Escambia
• 
  Colonne en fonte incorporant tuyau de descente , 1853, Centre Market, Wheeling
• 
  1852, 5 rangees de colonnes en fonte

Batiments en fonte [ modifier | modifier le code ]

SoHo a Manhattan possede la plus grande collection d'architecture en fonte dans le monde ^{[ 22 ]} . Environ 250 immeubles en fonte se trouvent a New York et la plupart d'entre eux sont dans SoHo. La fonte a d'abord ete utilisee comme front decoratif sur des batiments existants, ajout de facade moderne et decoratif, qui a pu attirer de nouveaux clients commerciaux pour ces batiments industriels anciens. La plupart de ces facades ont ete construites pendant la periode de 1840 a 1880 ^{[ 23 ]} . Les batiments de SoHo ont ensuite dessines pour la fonte. La fonte etait moins couteuse a utiliser pour les facades que les materiaux comme la pierre ou la brique. Les moules d'ornementation, prefabriques en fonderies, ont ete utilises de maniere interchangeable pour de nombreux batiments, et une piece cassee pouvait etre facilement refondue. Les batiments pouvaient etre eriges rapidement; certains ont ete construits en quatre mois. Malgre la breve periode de construction, la qualite des dessins en fonte n'a pas ete sacrifiee. Le bronze etait auparavant le metal utilise le plus souvent pour les details architecturaux et l'on a constate que la fonte relativement peu couteuse pouvait fournir des motifs complexes. Les motifs ornementaux des architecturales classiques francaises et italiennes ont souvent ete utilises. Parce que la pierre etait le materiau associe aux chefs-d'œuvre architecturaux, la fonte, peinte en teinte neutre comme le beige, a ete utilisee pour simuler la pierre. Il y avait une profusion de fonderies en fonte a New York: Badger's Architectural Iron Works, James L. Jackson's Iron Works et Cornell Iron Works,  etc. Etant donne que le fer etait moulable et facilement moule, des cadres de fenetre somptueusement incurves ont ete crees, et la resistance du metal a permis a ces cadres d'avoir une hauteur considerable. Les interieurs sombres et eclaires par le gaz d'eclairage du quartier industriel etaient d'autre-part inondes de lumiere naturelle a travers les fenetres agrandies. La force de la fonte a permis de hauts plafonds avec des colonnes de support elegantes, et les interieurs sont devenus expansifs et fonctionnels. Pendant l'apogee de la fonte, de nombreux architectes pensaient qu'elle etait structurellement plus sonore que l'acier. On pensait aussi que la fonte serait resistante au feu, et les facades ont ete construites sur de nombreux interieurs en bois et autres materiaux inflammables. Lorsque la fonte a ete expose a la chaleur, la fonte s'est voilee, et plus tard fissuree au contact de l'eau froide utilisee pour eteindre le feu. En 1899, un code de batiment imposant le support de facades en fonte avec maconnerie a ete adopte. La plupart des batiments qui subsistent aujourd'hui sont construits de cette facon. L'avenement de l'acier comme materiau de construction majeur a mis fin a l'ere de la fonte.

• 
  Sayner Hutte   (de) - 1865 - fonte
• 
  Facade en fonte, Hart Block, 728 West Main Street, Louisville, Comte de Jefferson
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  Structure en fonte Bibliotheque Sainte-Genevieve , Salle de lecture par Henri Labrouste , Paris , 1851

Fer puddle [ modifier | modifier le code ]

L'Anglais Henry Cort , en 1784 invente le puddlage et le laminage  : la fonte est placee dans un four avec des scories riches en oxyde de fer; lorsqu'elle entre en fusion, le carbone en exces se combine a l'oxygene de l'air, les impuretes passent dans les scories et les grains de fer se rassemblent en une masse: la loupe . Pour accelerer cette reaction on brasse energiquement le bain metallique avec un crochet, le ringard . Les loupes, masses de 25 a 30 kilos de grain de fer plus ou moins agglomeres sont alors portees sous le marteau-pilon , pour y subir le cinglage , operation qui a pour resultat d'expulser les scories et d'agglomerer les grains en une masse compacte ^{[ 6 ]} .

Des ponts [ modifier | modifier le code ]

Le fer est employe a la traction pour les ponts suspendus , d'abord sous forme de chaines , ensuite sous forme de cable de traction : Le pont suspendu de Menai par Thomas Telford , le pont de Fribourg par Joseph Chaley , le pont de Brooklyn par John Augustus Roebling .

Les ingenieurs Thomas Paine , Thomas Telford , John Rennie et John Urpeth Rastrick contribuent a faire evoluer le genre conduisant a des ponts de plus en plus legers, aux performance de plus en plus importantes.

Le ≪  High Level Bridge  ≫ (1847 - 1849) est un grand pont en fer forge, concu par l'ingenieur Robert Stephenson , fils du pionnier des chemins de fer George Stephenson , dans le Nord-Est de l' Angleterre .

La construction du ≪  pont du Forth  ≫ (1882 - 1890) pres d' Edimbourg , un des premiers ponts cantilever , marque l'abandon du fer au profit de l'acier. Le pont Alexandre-III (1896-1900) a Paris , construit pour l' Exposition universelle de 1900 , est l'un des premiers ponts francais en acier ^{[ 24 ]} .

• 
  Robert Stephenson , High Level Bridge , 1847 - 1849. Fer forge .
• 
  John Fowler et Benjamin Baker , Pont du Forth , 1890. acier
• 
  John Augustus Roebling , Pont de Brooklyn , 1883. Pont suspendu par cable.

Les batiments [ modifier | modifier le code ]

Le batiment n'est pas en reste. La filature de coton Philip & Lee par Boulton & Watt , est representative du type hall industriel qui se developpe a la revolution industrielle.

De maniere elementaire, une colonne en fonte se substitue facilement a une colonne en pierre. De la meme maniere, un rail en acier peut etre detourne pour les poutres des plafonds. Des voussettes en brique viennent entre celles-ci pour completer le plancher .

Palais d'exposition (le Crystal Palace par Joseph Paxton ), serres (dans leurs prolongement, la veranda , la marquise , le bow-window , l' oriel marient le fer et le verre. Les halls de gare , associent deux espaces, l'un ouvert a la ville et projete par l'architecte en materiaux lourds, l'autre, projete par l'ingenieur et edifie en metal et en verre. Les halles de Paris , de Victor Baltard , les grands magasins Printemps , les Galeries Lafayette , d'autres exemples de cette architecture lumineuse qui se developpe ou l'ingenieur prend de plus en plus le pas sur l’architecte ^{[ 6 ]} .

La chocolaterie Menier remplace la structure a pan de bois par une structure en acier apparente et remplissage en brique.

• 
  Jules Saulnier , Armand Moisant , chocolaterie Menier a Noisiel , 1872
• 
  Isambard Kingdom Brunel , gare de Paddington , Londres, 1854
• 
  Johann Eduard Jacobsthal , gare de Berlin Alexanderplatz , 1885

La valse des expositions universelles [ modifier | modifier le code ]

L'acier est l'occasion de prouesses techniques que les nations affichent dans les expositions universelles .

Le Crystal Palace en fonte et en verre, a l' Exposition universelle de 1851 a Hyde Park demontre a cette epoque, la superiorite industrielle et technique du Royaume-Uni.

Il est suivi par le Crystal Palace de New York a l' Exposition universelle de 1853 .

Pour l' Exposition universelle de Paris de 1889 , Gustave Eiffel imagine une tour de 300 metres de haut en acier, la tour Eiffel en fer forge, a une epoque ou l'acier a deja fait ses preuves.

Pour l' Exposition universelle de 1893 a Chicago la premiere grande roue est inauguree, censee concurrencer la prouesse de la tour Eiffel.

• 
  Palais de l'Industrie , Exposition universelle de 1855 , Paris. La structure est en acier mais est cachee par une facade en pierre naturelle
• 
  La galerie des Machines , Exposition universelle de Paris de 1889 cotoie la tour Eiffel , construite pour l'occasion.
• 
  exposition universelle de Paris de 1889, Armand Moisant , structure du Dome Central
• 
  La premiere grande roue fabriquee a l'occasion de l' Exposition universelle de 1893 a Chicago par George Washington Gale Ferris fils . Elle etait censee surpasser la prouesse technique de la tour Eiffel

Les ascenseurs a bateau [ modifier | modifier le code ]

Les ascenseurs a bateaux sont la nouvelle prouesse realisee par les ateliers de construction metallique. L' ascenseur a bateaux d'Anderton est le plus ancien ascenseur a bateaux au monde, construit en 1875 .

• 
  L' ascenseur a bateaux d'Anderton , 1875
• 
  Ascenseurs a bateaux du Canal du Centre , Belgique , 1888

L'acier [ modifier | modifier le code ]

Dankmar Adler et Louis Sullivan , Wainwright Building , St. Louis . En construction en 1890, Catalogue Milliken Brothers, , 1891

Wainwright Building

L'acier s'obtient par reduction du carbone a moins de 2 %. Cette operation est realisee en brulant les impuretes de la fonte en fusion. Le principe en est decouvert par Henry Bessemer en 1856. Les ingenieurs Pierre-Emile Martin , Sidney Gilchrist Thomas ameliorent encore la qualite des aciers produits.

Il n'y a pas un acier mais des aciers. On peut faire varier les proprietes mecanique d'un acier, par ajustement du taux de carbone ou ses proprietes de resistance a la corrosion par addition d'elements : fer, carbone, chrome, nickel - l'acier inoxydable.

L' ossature en acier est une technique de construction avec une ossature de colonnes verticales en acier et de poutrelles en I horizontales, construites selon une grille rectangulaire pour supporter les planchers, le toit et les murs d'un batiment qui sont tous attaches a l'ossature. Le developpement de cette technique a rendu possible la construction du gratte-ciel .

L'utilisation de l'acier en remplacement du fer a des fins structurelles a d'abord ete lente. Le premier batiment a ossature de fer, Ditherington Flax Mill   (en) , avait ete construit en 1797, mais ce n'est qu'avec le developpement du procede Bessemer en 1855 que la production d'acier a ete rendue suffisamment efficace pour que l'acier soit un materiau largement utilise. Des aciers bon marche, qui avaient des resistances a la traction et a la compression elevees et une bonne ductilite, etaient disponibles a partir de 1870 environ, mais le fer forge et la fonte ont continue a satisfaire la majeure partie de la demande de produits de construction a base de fer, principalement en raison des problemes de production d'acier a partir de minerais alcalins. Ces problemes, causes principalement par la presence de phosphore, ont ete resolus par Sidney Gilchrist Thomas en 1879.

Ce n'est qu'en 1880 qu'une ere de construction basee sur un acier doux fiable a commence. A cette date, la qualite des produits en aciers etait devenue raisonnablement constante.

Le Home Insurance Building a Chicago, acheve en 1885, a ete le premier a utiliser une construction a ossature, supprimant completement la fonction porteuse de son revetement en maconnerie. Dans ce cas, les colonnes en fer sont simplement encastrees dans les murs et leur capacite de charge semble etre secondaire par rapport a la capacite de la maconnerie, en particulier pour les charges de vent. Aux Etats-Unis, le premier batiment a ossature d'acier fut le Rand McNally Building   (en) a Chicago, erige en 1890.

Le Royal Insurance Building de Liverpool concu par James Francis Doyle   (en) en 1895 (erige de 1896 a 1903) a ete le premier a utiliser une charpente en acier au Royaume-Uni ^{[ 25 ]} .

Le profil en acier lamine , ou section transversale des colonnes en acier, prend la forme de la lettre " I ". Les deux ailes larges d'un poteau sont plus epaisses et plus larges que les semelles d'une poutre , afin de mieux resister aux contraintes de compression   (en) dans la structure. Des sections tubulaires carrees et rondes en acier peuvent egalement etre utilisees, souvent remplies de beton. Les poutres en acier sont reliees aux colonnes par des boulons et des attaches filetees, et historiquement reliees par des rivets . L'ame de la poutre en I en acier est souvent plus large qu'une ame de colonne pour resister aux moments de flexion plus eleves qui se produisent dans les poutres.

La charpente doit etre protegee du feu car l'acier se ramollit a haute temperature ce qui peut entrainer l'effondrement partiel du batiment. Pour les colonnes, cela se fait generalement en les enfermant dans une forme de structure resistante au feu telle que maconnerie, beton ou plaques de platre. Les poutres peuvent etre encastrees dans du beton, enveloppees dans des plaques de platre, ou recouvertes d'un revetement pour les isoler de la chaleur du feu; ou elles peuvent etre protegees par une construction de plafond resistant au feu. L' amiante etait un materiau populaire pour l'ignifugation des structures en acier jusqu'au debut des annees 1970, avant que les risques pour la sante des fibres d'amiante ne soient pleinement compris.

La ≪ peau ≫exterieure du batiment est ancree a la charpente en utilisant une variete de techniques de construction et en suivant une grande variete de styles architecturaux . Des briques , de la pierre , du beton arme , du verre architectural   (en) , de la tole ou simplement de la peinture, ont ete utilises pour recouvrir l'ossature, afin de proteger l'acier des intemperies.

L'acier subira par la suite la concurrence du beton arme .

La halle [ modifier | modifier le code ]

Les gratte-ciel americains [ modifier | modifier le code ]

L'acier, plus resistant a la flexion et a la traction, autorise le developpement des immeubles de grande hauteur, les gratte-ciel , base sur une ossature en acier, d'abord dissimulee derriere une peau en pierre ( Empire State Building , Rockefeller Center ) ensuite exprimee en acier comme element architectural a part entiere. Ludwig Mies van der Rohe est le premier a afficher la structure en acier dans ses projets d'acier et de verre. Les pionniers de cette nouvelle architecture seront Ecole de Chicago ), William Le Baron Jenney en tete.

L' Exposition universelle de 1853 a New York est l'occasion pour Elisha Otis de presenter un ascenseur equipe d'un dispositif de securite qui s'actionnait automatiquement si le cable de levage devait eclater. Cette invention repond a une preoccupation majeure du grand public concernant la securite de ce nouveau mode de transport vertical. Le gratte-ciel , nait aux Etats-Unis vers la fin du XIX ^e  siecle . La reconstruction de Chicago apres le grand incendie de 1871 permet l’emergence d’une nouvelle approche de la construction d’immeubles afin de reduire les couts lies a l’augmentation du prix des terrains. L'acier y prend une place essentielle, mais aussi le verre. L'Ecole de Chicago est un mouvement architectural et urbanistique marque par la construction rationnelle et utilitaire de bureaux, de grands magasins, d'usines, d'appartements et de gares. Il generalisa l'utilisation de l'acier dans la construction des gratte-ciel .

• 
  William Le Baron Jenney , Home Insurance Building , Chicago , 1885
• 
  William Van Alen - Chrysler Building - 1928-1930
• 
  Ludwig Mies van der Rohe , Appartements 860 et 880 Lake Shore Drive , Chicago -1951

Le metal dans les betons [ modifier | modifier le code ]

L'aluminium [ modifier | modifier le code ]

Des aeronefs et des aerostats [ modifier | modifier le code ]

L’ aluminium choisi pour sa legerete, est employe comme charpente les avions et les dirigeables .

• 
  Zeppelin en construction, 1928
• 
  La carcasse en aluminium d'un Junkers Ju 52

Avancees techniques [ modifier | modifier le code ]

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D'autre part, Wikipedia n'a pas pour role de constituer une base de donnees et privilegie un contenu encyclopedique plutot que la recherche de l'exhaustivite.

• En 1859, William Rankine dans son Manual of civil engineering , sur base de l'experience acquise dans la construction en bois , etablit les bases de la theorie de l'elasticite et les regles permettant a l'ingenieur de dimensionner les structures directement sur la planche a dessin de meme que de determiner la resistance des rivets. Il devient alors possible de calculer les ossatures porteuses les plus simples.
• Henri Navier etablit les premieres regles de calcul des ponts suspendu.
• Le pont Britannia par Robert Stephenson emploie des poutres a caisson en toles rivetees.
• Antoine-Remy Polonceau cree la poutre mixte
• Caleb Pratt et Thomas Willis Pratt developpent la poutre en treillis
• Squire Whipple developpe le Bowstring .
• L' ingenieur civil et le bureau de technique speciale voient le jour ^{[ 6 ]} .
• La soudure se substitue aux rivets. Dans les annees 1930 , le soudage modifie de maniere fondamentale les techniques de fabrication. ≪ La stabilite ne doit plus etre assuree par des angles resistant a la flexion, ni par des renforts diagonaux, mais debouche sur le principe de la construction en cadres qui, par la suite, va fortement influencer l'architecture. Le principe de calcul ne tient plus compte de la seule theorie de l'elasticite, mais aussi celle de la plasticite ^{[ 1 ]} . ≫
• En 1837 , la ferme Polonceau par Camille Polonceau , transforme la maniere de concevoir un espace couvert.
• En 1902 , la poutre Virenddeel par Arthur Vierendeel , transforme la maniere de concevoir un pont ( Pont Vierendeel )
• Vers 1930 l' acier Corten .

La construction est en perpetuelle recherche de nouveaute. Dans le domaine des facades, Jean Prouve , serrurier d'art de formation, explore les possibilites des toles metalliques. Avec le Centre Georges-Pompidou , le batiment devient une machine. On explore encore les possibilites d'autres materiaux, l'acier inoxydable (Lake Shore Drive), le bronze, le titane ( Musee Guggenheim de Bilbao ),  etc. Des techniques de collage se developpent egalement ^{[ref. necessaire]} .

Caracterisation des metaux [ modifier | modifier le code ]

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• Densite
• Module d'elasticite
• Capacite thermique specifique
• Coefficient de dilatation thermique
• conductibilite
• potentiel normal V
• Conductibilite electrique
• Caracteristique des corrosions

Mise en œuvre [ modifier | modifier le code ]

Mise en œuvre des aciers [ modifier | modifier le code ]

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Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Annexes [ modifier | modifier le code ]

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

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• Denise Barthomeuf , ≪  La place de l’Anatolie dans les debuts de la metallurgie du cuivre et du bronze (du VII ^e au III ^e  millenaire  av. J.-C. ).  ≫, Studia Aegeo-Anatolica. Melanges prepares sous la direction d'Olivier Pelon. Lyon : Maison de l'Orient et de la Mediterranee , Jean Pouilloux (Travaux de la Maison de l'Orient)., vol.  1,‎ 2004 , p.  149-186 ( lire en ligne )
• Bertrand Lemoine (dir.), Construire avec les aciers : Histoire de l'architecture metallique, caracteristiques et produits, structures et enveloppes, assemblages et composants, 40 realisations exemplaires, reglementation , Le Moniteur, coll. ≪ Techniques de conception ≫, Paris, 2002, 320 p. ( ISBN   2-281-19145-1 )
• Bertrand Lemoine et Marc Landowski, Concevoir et construire en acier , Arcelor , Centre d'etudes et de documentation sur l'architecture metallique (Cedam), coll. ≪ Mementos acier ≫, Paris, 2005, 112 p. ( ISBN   2-9523318-0-4 ) et Editions Eyrolles (2011).

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Armature (technique)
• Construction en bois
• Grande roue
• Metal deploye
• Montagnes russes en metal
• Pont metallique
• Pylones electrique
• Tige d'ancrage
• Treillis (assemblage)

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