Hangar de protection phonique de l'aéroport de Zurich

Tâches du maître d'ouvrage

La loi suisse sur l'aviation oblige la société Flughafen Zürich AG (FZAG) à garantir une exploitation correcte et sûre et à veiller à la mise en place de l'infrastructure nécessaire à cet effet. Cela inclut les installations d'insonorisation nécessaires à l'exécution des cycles de moteurs pour le contrôle du fonctionnement des moteurs ou de l'enregistrement de l'aptitude au vol d'un avion. Afin de protéger la population au-delà des exigences légales, FZAG a demandé la planification d'un hall d'insonorisation de dernière génération. Sur le plan technique, le hall d'insonorisation représente une construction de bâtiment à la fois ouverte à la circulation et réductrice de bruit pour les avions commerciaux. L'installation est conçue jusqu'au modèle d'avion Boeing 747-8 d'une envergure de 68,5 m.

WTM Engineers a traité cette tâche en tant que planificateur général et l'a menée à bien en juin 2014 avec une mise en service dans le respect des délais et des coûts. La mission comprenait la planification interdisciplinaire commençant par l'étude de faisabilité, y compris le choix du site, en passant par la procédure d'approbation des plans, jusqu'à la surveillance de la construction de cet ouvrage exceptionnel en Suisse. L'étendue du mandat comprenait également les calculs acoustiques et de mécanique des fluides, qui ont été entièrement traités par l'équipe de planification composée de WTM, Suisseplan, GAC, LSB et Flowmotion.

Description de la structure porteuse principale

La structure du toit de la halle d'insonorisation, d'une surface de 5.200 m², est portée par une structure métallique extérieure composée de treillis spatiaux et plans ainsi que de contreventements, sans appui, sur une portée maximale de 78,50 mètres. Les principaux éléments porteurs sont deux cadres en treillis qui couvrent l'ensemble du hall. Ceux-ci sont encastrés aux pieds dans des blocs de fondation qui sont fondés sur des pieux.

L'ensemble de la construction métallique est conçu de manière à créer, côté intérieur, un plan de montage pour la fixation des profilés en tôle trapézoïdale du toit et des éléments préfabriqués en béton armé des murs extérieurs. Les éléments préfabriqués en béton armé font partie de la structure acoustique des murs extérieurs et sont recouverts d'un revêtement acoustique très efficace, comme toutes les surfaces intérieures du hall.

Les zones murales frontales sont constituées de lamelles en forme de sections circulaires, également revêtues acoustiquement, avec un espacement et un rayon de courbure définis. Chacune d'entre elles est montée sur quatre chariots qui roulent sur des profilés en acier chauffés et encastrés dans le sol. Pour des raisons acoustiques et pour protéger des vents forts à l'arrière, l'ouverture arrière du hall est munie d'un élément de déviation.

Le choix des matériaux de construction

La structure en acier du hall d'insonorisation et de l'élément de déviation est composée de profilés soudés et vissés dans les qualités d'acier S235 et S355 selon SN EN 10025 et SN EN 10210. En raison de l'utilisation de différents produits de dégivrage à l'aéroport, la structure en acier extérieure est protégée par un système de revêtement multicouche. La protection contre la corrosion est réalisée pour les aciers faiblement alliés et pour la catégorie de corrosivité C51 selon la norme SN ISO 12944-5. Pour les zones de toiture, les catégories C3 ou C4 doivent être prises en compte. La durée de protection attendue est élevée.

La couverture du toit est constituée de tôles trapézoïdales fixées par le bas à la structure porteuse en acier. Les surfaces intérieures du toit et des murs du hall sont revêtues de cassettes en tôle avec une proportion de trous d'au moins 30%. Les cassettes du revêtement en tôle trapézoïdale contiennent un bloc de laine minérale d'une épaisseur de 15 à 20 cm. Les constructions doivent atteindre des valeurs d'isolation acoustique prédéfinies en fonction de la fréquence.

Les coulisses et l'élément de renvoi reçoivent également des cadres à cassettes avec un revêtement en tôle perforée et un matériau en fibres minérales. Les surfaces exposées directement aux intempéries sont réalisées avec un revêtement hydrophobe en plus du voile de verre.

Explication de la conception

Pour le FZAG, le concept mis en œuvre en 2001 pour Hambourg a été développé. En comparaison, le toit est presque entièrement fermé. A Hambourg, une fente est prévue dans le toit pour la dérive de l'avion, qui n'est que partiellement fermée par des volets. Zurich, il y a un capot fermé à la place. En outre, le hangar de Zurich, plus grand, présente un mur de déviation arrière nettement plus haut et une salle de contrôle mieux équipée.

Le hall offre un espace de 111 m de long et 78,5 m de large. Il peut ainsi accueillir des avions de la taille d'un Boeing 747-8. Pour cette construction d'environ 25,5 millions d'euros, seule la fonction a déterminé la conception. Il n'y a qu'un seul objectif : "Faire entrer beaucoup d'air et sortir peu de bruit". Et pourtant, il en est résulté une construction esthétiquement agréable, qui s'intègre parfaitement dans l'ensemble des terminaux et des halls de maintenance de l'aéroport de Zurich.

Une performance d'ingénierie particulière

L'accessibilité de l'installation d'insonorisation par les utilisateurs devait être harmonisée avec les émissions de bruit et les conditions marginales d'écoulement pour les réacteurs. Le hall devait être directement lié aux chantiers navals dans l'espace et être accessible sans croisement. Les riverains les plus proches, situés à 600 m de distance, ne devaient pas être exposés à plus de 60/50 dB(A) de jour comme de nuit. Il s'agissait de garantir ces niveaux maximaux avec des niveaux de puissance acoustique des moteurs pouvant atteindre 152 dB(A). Parallèlement, il fallait assurer une disponibilité de 95 % pour les intempéries et de 99 % pour les aspects techniques. Pour les raisons susmentionnées, le hall ne pouvait pas être installé dans la direction principale du vent. Pour protéger l'installation, nécessairement ouverte vers l'arrière, il fallait concevoir un élément de déviation à effet acoustique. Du point de vue de la mécanique des fluides, il fallait en même temps s'assurer que même pour les réacteurs les plus modernes, jusqu'à 1200 m³/s de flux d'air par réacteur puissent s'échapper du hall.

Les effets positifs de l'ingénierie particulière

Les résultats de l'étude de faisabilité ont conduit FZAG, les communes riveraines et les utilisateurs à signer, après des décennies de conflit, un protocole d'accord (MOU) dans lequel FZAG s'engage à construire un hall d'insonorisation moderne avec des valeurs cibles concertées. Les émissions U:irme simulées par calcul pendant la planification qui a suivi ont pu être confirmées par des valeurs mesurées lors d'essais réels lors de la remise du projet. Elles sont même inférieures aux valeurs limites prescrites par la loi et à celles convenues dans le MOU à de nombreux endroits. Le fonctionnement parfait des moteurs, pratiquement en champ libre, a pu être démontré.

Le projet de protection de l'environnement du hall d'insonorisation de l'aéroport de Zurich montre la voie à suivre pour un grand nombre d'aéroports commerciaux de métropoles européennes et nord-américaines.

Rapport explicatif de WTM Engineers GmbH pour la soumission au Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015