DURABLE

ALUMINIUM 101
formes - v12 n2 - 2016
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L’aluminium est léger et
trois fois moins dense
que l’acier. Conséquences
pratiques dans
un bâtiment, les mursrideaux
et les revêtements
en aluminium
imposent une moindre
charge à la structure.
Détail de la façade de l'usine de
traitement des eaux de Lévis.
Photos: Alexandre Guérin (concours de
photos Alumia) – Architecte: STGM
constitue 8 % de la croûte
terrestre et après l’oxygène et le silicium,
c’est, en abondance, le troisième élément
L’aluminium
de la croûte terrestre. Mais il est rarement
présent à l’état pur, et c’est dans la bauxite,
sous forme d’oxyde d’aluminium, qu’on le trouve.
C’est pourquoi sa découverte, comparativement
au fer ou au cuivre, ne date que de 1808. Moins
d’un siècle plus tard, en 1886, le processus Hall-
Héroult ouvrait la porte à l’industrie de l’aluminium
et depuis, l’aluminium s’est faufilé dans de
multiples filières industrielles – incluant le secteur
de la construction. Dans sa conférence, Michel
Guillot, professeur au Centre de recherche
sur l’aluminium – REGAL, à l’Université Laval,
a énuméré les propriétés physiques et les procédés
de transformation qui font de l’aluminium un
matériau propre à répondre à l’imagination des
architectes.
Propriétés multiples
L’aluminium est léger et trois fois moins dense
que l’acier. Conséquences pratiques dans un
bâtiment, les murs-rideaux et les revêtements
en aluminium imposent une moindre charge
à la structure que des panneaux d’acier ou de la
maçonnerie. Certains rétorqueront cependant
que l’aluminium manque de résistance. « Il est
moins résistant, reconnaît Michel Guillot, mais
comme il est léger, on peut en mettre plus pour
compenser. » Le rapport résistance/poids permet
de concevoir des poutres, des passerelles et même
des dômes. Michel Guillot donne l’exemple d’une
poutre en I de 2 m de long et de 1 730 mm 2 de
section qui aurait à supporter une charge de 10
KN en son centre. Le module d’élasticité de l’aluminium,
trois fois plus faible que celui de l’acier,
se traduit par une déflexion trois fois plus forte.
Mais il suffit d’augmenter la section de la poutre
de 1 730 mm 2 à 1 962 mm 2 pour réduire la déflexion
et obtenir une poutre en aluminium aussi
résistante que la poutre en acier. Il en résulte une
augmentation de volume de l’ordre de 10 à 15 %;
mais comme l’aluminium est moins dense que
l’acier, la poutre en aluminium est malgré tout
deux fois plus légère que la poutre équivalente en
acier.
Parmi les propriétés physiques, ajoutons également
la réflexivité de l’aluminium qui permet
d’augmenter l’apport de lumière naturelle ou
d’amplifier des effets lumineux. Par contre, la
conductivité thermique, si elle est un atout pour
les systèmes mécaniques de chauffage, devient
un inconvénient pour les fenêtres et les murs-rideaux,
car l’aluminium fait office de pont thermique
entre l’intérieur et l’extérieur et nuit à l’efficacité
énergétique du bâtiment. Les fabricants se
sont cependant adaptés à cette situation en insérant
des bris thermiques dans leurs produits.
Au chapitre des propriétés chimiques, l’aluminium
se démarque par sa résistance à la corrosion.
Plus exactement, l’aluminium s’oxyde instantanément
au contact de l’air en formant une
couche d’oxyde d’aluminium en surface, mais
cette couche protège l’aluminium de la corrosion
ultérieure, explique Michel Guillot. Il illustre son
propos en donnant l’exemple du pavillon Pouliot
à l’Université Laval, où il travaille. « Les devantures
sont en aluminium non traité. Elles datent
des années 1960; elles sont ternies, mais encore
en bon état. » Cependant, il est vrai qu’il faut se
méfier des réactions galvaniques qui s’établissent
entre l’aluminium et un autre métal lorsqu’ils
baignent tous deux dans de l’eau stagnante, et ne
pas oublier ou négliger que le béton contient des
traces d’autres métaux et reste souvent humide.
Pour protéger l’aluminium des réactions galvaniques,
il faut l’isoler de l’autre matériau par une
toile élastomère ou une peinture bitumineuse et
soigner la conception pour empêcher l’eau de
s’accumuler. En présence d’eau salée, il faudra privilégier
les alliages de la série 5000.
Enfin, l’aluminium se recycle sans perdre ses
propriétés, et ce, pour seulement 5 % du coût
énergétique de la première fusion. Autrement
dit, un lingot d’aluminium ou tout autre produit
fini en aluminium, c’est de l’énergie en banque.
Autant rentabiliser l’investissement énergétique
de la première fusion en le recyclant. D’ailleurs,
« depuis l’invention du procédé, un milliard de
tonnes d’aluminium ont été produites et 75 % de
celui-ci est toujours utilisé. Il n’y a pas beaucoup
de matériaux qui peuvent en dire autant », faisait
remarquer pendant son allocution Jean-Luc Trahan,
le président-directeur général d’AluQuébec.
Transformations multiples
À l’aluminerie, divers éléments métalliques
sont ajoutés à l’aluminium pour obtenir des alliages
– les séries 3000, 5000 et 6000 étant les plus
utilisées en architecture. Ces alliages sortent de
l’aluminerie sous forme de lingots et billettes de
tailles variables qui sont ensuite transformés pour
produire une vaste diversité de formes.
Les lingots sont laminés pour obtenir des tôles
qui pourront ensuite être pliées, roulées, pressées,
poinçonnées… pour donner des tôles ondulées,
des panneaux de revêtement, des gouttières, des
colonnes. Les billettes, qui contrairement à ce que
le nom suggère sont des cylindres, sont transformées
par extrusion. La billette est chauffée et
poussée à travers une matrice pour en extraire
une pièce d’aluminium profilée selon le schéma
de la matrice. Des poutrelles, des éléments de
cadres de fenêtres ou des colonnes peuvent être
profilés par extrusion. Au Québec, les entreprises
comme Metra Aluminium, Extrudex ou Pexal
Tecalum produisent des profilés standards, mais
aussi des profilés sur mesure ouvrant la porte à la
créativité des concepteurs.
Les pièces d’aluminium – qu’elles soient
moulées, roulées, percées, pliées, extrudées… –
peuvent être assemblées par clips, boulons, rivets
et soudure. Michel Guillot a ainsi développé dans
son laboratoire un plancher dont les lattes sont
des profilés sur mesure qui s’assemblent par un
simple clip.
L’ancien siège social
d’Alcoa à Pittsburgh. Un
revêtement d’aluminium
naturel qui s’est paré d’une
patine au fil des ans, mais
cinquante ans plus tard, il
est encore exemplaire.
Photo : Nicholas Traub – Architecte
: Harrison and Abramovitz.
L’aluminium constitue 8 %
de la croûte terrestre. C’est,
en abondance, le troisième
élément de la croûte terrestre.
Mais il est rarement
présent à l’état pur, et c’est
dans la bauxite, sous forme
d’oxyde d’aluminium,
qu’on le trouve.
Photo : Rio Tinto Alcan
En dernière étape, la finition de surface ajoute
une autre couche de diversification des produits.
Jean-Pierre LeTourneux, associé et concepteur
principal chez Menkes Schooner Dagenais
Le Tourneux Architectes (MSDL) et Kevin
Massé, architecte associé au Groupe des Sept,
s’entendent pour dire qu’il existe aujourd’hui des
peintures très performantes, résistantes aux environnements
rigoureux et offrant une garantie de
trente ans. « Après trente ans, il va y avoir une décoloration,
surtout avec le rouge et le jaune exposés
au soleil, mais l’aluminium est encore très bon,
il ne rouille pas », précise Kevin Massé. Pour une
protection à plus long terme, il préconise, comme
Michel Guillot, d’opter pour l’anodisation qui
protège l’aluminium d’une couche d’oxyde. Mais
attention, prévient Kevin Massé, cette couche
est poreuse et peut piéger la pollution de l’air et
salir les panneaux. Jean-Pierre LeTourneux, qui
a constaté une altération aléatoire des panneaux
anodisés, reste prudent avec ce procédé. Selon lui,
l’aluminium dans son état brut est de toute façon
un matériau de grande qualité. Il donne l’exemple
de l’édifice Alcoa à Pittsburgh : « C’est de l’aluminium
naturel, il prend une certaine patine, mais
cinquante ans plus tard, il est encore exemplaire.
Mon rêve serait de parvenir à travailler l’aluminium
naturel sans procédés de recouvrement. Il
y a une question d’acceptabilité dans le fait que le
bâtiment se transforme. »
Un faux défaut : le coût élevé
L’aluminium a certes des qualités, mais il est
coûteux, s’empresseront de dire certains. Ce n’est
pas tout à fait vrai.
« On est capable d’offrir des panneaux d’aluminium
au même prix que des panneaux d’acier », a
précisé Benoit Comeau, représentant technique
auprès des architectes des Industries Panfab,
lors de la table ronde qui a clôturé la journée de
conférences. En fait, l’acier et l’aluminium ne sont
pas au même prix. « C’est le produit qui est équivalent,
le panneau de 2 mm en aluminium versus
Les billettes, qui contrairement
à ce que le nom
suggère sont des cylindres,
sont transformées par
extrusion.
Photo : Rio Tinto Alcan
Les lingots sont laminés
pour obtenir des tôles
qui pourront ensuite être
pliées, roulées, pressées,
poinçonnées… pour
donner des tôles ondulées,
des panneaux de revêtement,
des gouttières, des
colonnes.
Photo : EAFA
le panneau de 1,2 mm en acier. Même profilé,
même rendu, en ayant une plus grande stabilité
mécanique avec l’aluminium, une meilleure durabilité,
une meilleure garantie; eh oui, ils sont offerts
au même prix », précisait-il ultérieurement
en entrevue. « Ce qu’il est important de retenir,
souligne également Michel Guillot, c’est que pour
tous les procédés de fabrication, d’assemblage, de
montage, tout est plus léger, plus facile. Tous les
coûts sont plus faibles. »
Le coût est aussi une question de conception.
« Les gens surestiment le coût en voulant faire
en aluminium ce qu’ils font en acier », regrette
Michel Guillot. Or, en raison des propriétés physiques
différentes, on ne peut pas concevoir en
aluminium comme on conçoit avec l’acier, ni tout
simplement remplacer l’acier par l’aluminium.
« Un des dangers est le mot substitution, appuie
pour sa part Jean Simard, président et chef de
la direction de l’Association de l’aluminium
du Canada. On doit concevoir avec les caractéristiques
de l’aluminium et ensuite comparer les
coûts. » Ce que fait Michel Guillot en reprenant
l’exemple de la poutre de deux mètres de long. En
acier, la poutre de 27,3 kg coûtera environ 30 $.
L’aluminium coûte plus cher, mais comme il en
faut moins, la poutre équivalente en aluminium
pèsera 10,6 kg et coûtera environ 50 $. À priori,
la poutre en aluminium revient plus chère que
celle en acier, mais en fin de vie, sur le marché du
recyclage, la poutre en acier ne rapportera qu’une
poignée de dollars contre 20 dollars pour celle en
aluminium. Au bout du compte, la poutre en aluminium
n’aura pas coûté plus cher que la poutre
en acier. Même mieux, en considérant le bâtiment
sur l’ensemble de son cycle de vie, car l’aluminium
peut apporter des économies d’entretien.
« Le donneur d’ordres veut que le projet coûte le
moins cher possible et ne voit pas toujours les
coûts d’entretien », constate Michel Guillot. Or,
comme l’a répété plusieurs fois l’architecte Michael
Stacey dans sa conférence, l’aluminium ne
requiert que peu d’entretien. Il aime la pluie qui
Table de découpe par
contrôle numérique des
feuilles d’aluminium
utilisée par les Industries
Panfab.
Plieuse à contrôle numérique
avec guide laser
autoajustable utilisée par
les Industries Panfab.
Crédit : Industries Panfab
lave les surfaces d’aluminium, à condition d’éviter
toute eau stagnante. Il ne s’effrite pas comme la
maçonnerie, ne nécessite pas de refaire un traitement
protecteur comme le bois et ne rouille pas
comme l’acier. Une analyse du coût total de possession
du bâtiment qui, en plus du coût d’acquisition,
inclurait les coûts d’entretien et de démolition
donnerait peut-être une autre vision du coût
de l’aluminium.
Dans le domaine des ponts et passerelles,
MAADI Group a justement fait une analyse de
coût total de possession pour un pont piétonnier
de 21 m de long. Il est vrai que le coût d’acquisition
du pont en aluminium à 42 500 $ est un peu
plus élevé que celui du pont en acier qui varie
de 31 500 à 36 500 $, selon le traitement de surface.
Alexandre de la Chevrotière, président de
MAADI Group, explique qu’en général, même si
la livre d’aluminium coûte environ quatre fois plus
cher que la livre d’acier, le pont en aluminium, lui,
ne coûte que 15 à 25 % plus cher que le pont en
acier. La raison est qu’à fonction équivalente, la
structure en aluminium est deux fois plus légère
que celle en acier. L’aluminium se travaille aussi
plus facilement et plus rapidement que l’acier, ce
qui se traduit par un gain de temps – et donc par
une économie supplémentaire. En fin de vie du
pont, le recyclage de l’aluminium rapportera près
de 4 800 $ contre seulement 1 000 $ pour l’acier.
Sur le long terme, l’aluminium rejoint donc l’acier
et pourrait être meilleur si on y inclut l’entretien.
Par ses propriétés physiques et l’éventail des
transformations possibles, l’aluminium est un
matériau polyvalent qui se prête à une grande
variété d’applications. Dans les bâtiments, on le
trouvera sous forme de revêtements, de fenêtres,
de murs-rideaux, mais aussi de marquises, de
balcons, de pare-soleil… Dans la ville, on le
trouvera dans les passerelles, les équipements
de scène, les mâts d’éclairage… C’est le matériau
au service de l’imagination et de la créativité des
concepteurs.
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