Les dessous de la base en Antarctique

Ce 5 septembre, le Prince Philippe dévoilera officiellement la future station antarctique belge, qui est prémontée pour l'instant sur le site de Tours & Taxis avant d'être installée en Antarctique même, lors du prochain été austral. Et du 6 au 9 septembre, le grand public pourra la visiter à son tour.

Les dessous de la base en Antarctique
©EPA
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Ce 5 septembre, le Prince Philippe dévoilera officiellement la future station antarctique belge, qui est prémontée pour l'instant sur le site de Tours & Taxis avant d'être installée en Antarctique même, lors du prochain été austral. Et du 6 au 9 septembre, le grand public pourra la visiter à son tour.

Alain Hubert, l'explorateur et le "père" infatigable de ce projet de retour des Belges en Antarctique, en profitera pour lancer un grand appel au public afin de compléter l'apport décisif des grandes entreprises du secteur privé au financement total du projet. Construire la première station scientifique au monde qui fonctionnera 100 pc à l'aide d'énergie renouvelable en Antarctique démontre que nous avons le savoir-faire et la technologie pour appliquer ce principe chez nous et faire face au défi des changements climatiques : réduire de 60 pc les émissions de dioxyde de carbone est non seulement possible mais est, ajoute Alain Hubert, porteur du développement futur de notre économie dans les décades à venir.

Nous avons déjà longuement évoqué cette future station (lire LLB du 17 août) mais le sujet recèle de passionnantes innovations techniques et architecturales, comme nous l'a expliqué Philippe Samyn, architecte et ingénieur qui, avec son bureau "Samyn and Partners", a rejoint l'équipe d'étude du projet et pris en charge l'"engineering" et le "technical design" de la base polaire.

On connaît les limites exigeantes de l'épure : comment construire une base polaire permanente, à 200 km des côtes antarctiques, sur un éperon granitique entouré d'un océan sans fin de glace et de neige. Vingt scientifiques doivent pouvoir y vivre et y travailler pendant l'été austral. Ils doivent aussi y disposer de tout le matériel nécessaire, y compris les véhicules et grues indispensables.

Cette station doit en effet pouvoir résister aux conditions extrêmes de l'Antarctique avec ses écarts de températures (les éléments extérieurs de la structure sont soumis à des températures de surface de - 40 degrés en hiver à + 30 degrés au soleil en été), avec ses vents, parfois de 200 km/h, et des cailloux emportés par ces vents et qui frappent violemment les parois, etc. La station doit pouvoir supporter des écarts de température entre l'intérieur et l'extérieur de 60 degrés. Elle doit aussi être dessinée de telle manière qu'elle ne soit jamais envahie par la neige. Certes, elle sera vide en hiver, mais il n'est jamais exclu qu'une équipe soit bloquée et doive hiverner six mois dans la station, qui ressemble plus à une capsule spatiale qu'à une maison à Liège.

Et de plus, Alain Hubert et son équipe de l'International Polar Fondation ont tenu à ce que cette station soit innovante aussi sur le plan écologique : production d'énergie douce (éoliennes et panneaux solaires), gestion totale et recyclage intégral des déchets (une station "sans émission").

Le "global design" fut ainsi réalisé par l'International Polar Fondation sous la houlette du responsable technique du projet, Johan Berte. Mais alors qu'il était question d'étendre la structure métallique calculée par Besix à l'ensemble du bâtiment, d'importants problèmes se sont posés au niveau du poids, de l'organisation de l'espace et de l'isolation thermique de l'ensemble. C'est précisément pour résoudre cette épineuse question que l'IPF a fait appel à Philippe Samyn pour son expertise en structure et physique du bâtiment. Il fallait agir très rapidement pour que la station soit prête maintenant, en septembre, et puisse être montée lors du prochain été austral, au coeur de l'Année polaire internationale, un événement scientifique mondial qui n'a lieu que tous les 50 ans. La précédente Année polaire dite "Année géophysique internationale" avait vu la construction de la base Roi Baudouin et la participation deux ans plus tard de la Belgique à la fondation de Traité antarctique, qui gère le sixième continent.

La phase suivante, de construction, sera tout autant un exploit car les problèmes de logistique avec l'Antarctique et les conditions de travail sur place sont "dingues". Ainsi le coût pour amener une seule personne sur place est de presque 30 000 euros !

Outre les questions liées aux structures, les deux grands défis de la construction étaient les écarts thermiques (il fallait éviter les ponts thermiques) et, d'autre part, les infiltrations de vapeur d'eau dans la structure portante, laquelle pouvant en effet se transformer en eau qui gèlerait ensuite et ferait "éclater" les parois de la station.

Philippe Samyn, assisté ensuite par l'entrepreneur Pascal Lecoq (Prefalux), a immédiatement proposé de revenir à l'utilisation intensive du bois dans la réalisation de la structure et de l'enveloppe pour éviter les ponts thermiques. Il a rejeté d'emblée les matériaux composites sophistiqués. "Oui, du bois, du simple épicéa. C'est un matériau très performant qui réalise le meilleur compromis entre une très faible conductivité thermique et de très bonnes caractéristiques mécaniques."

La forme de la base a été étudiée en soufflerie par l'institut Von Karman de mécanique des fluides à Rhode-Saint-Genèse. La station doit en effet être placée à 2 m au moins au-dessus de la roche, supportée par des piliers en acier, afin que le vent puisse chasser la neige accumulée. Cette charpente métallique fut étudiée en collaboration avec l'entrepreneur Iemants.

Le bord de la station joue le rôle de "spoiler" afin de créer des tourbillons qui chasseront encore plus efficacement la neige et empêcheront qu'elle ne s'accumule et ne recouvre toute la station. Au pied de la falaise, côté Est et sur la glace, sera construit séparément le garage avec les véhicules et le matériel.

La station elle-même, en bois, sera comme une boîte étanche, isolée de l'extérieur. Un panneau sandwich, en multiplex, a été imaginé avec un panneau de 8 cm de bois, une couche d'isolant de 40 cm d'épaisseur (du polystyrène expansé de très basse densité, comme dans les emballages) et un second panneau de bois de 6 cm.

Mais cette boîte de bois, isolée, n'était pas suffisante. Il fallait aussi la protéger du danger des fuites de vapeur. L'atmosphère interne de la base a une humidité qui pourrait s'infiltrer dans le panneau sandwich, se transformer en eau qui gèlerait et ferait éclater la structure. Tout l'intérieur a donc été tapissé d'un pare-vapeur, soit un film en aluminium qui a une très haute résistance à la pénétration par la vapeur. La feuille d'aluminium est elle-même collée sur du papier kraft.

Les colonnes qui supportent la station risquant d'être elles-mêmes des portes d'entrée dangereuses à la vapeur, elles sont toutes coupées par des plaques d'acier. "On ne peut courir le risque de voir de la vapeur se transformer en glace, car les gens qui passeraient l'hiver dans la base risqueraient de ne pas y survivre."

Il fallait ensuite recouvrir ce pare-vapeur. Philippe Samyn est un chaud partisan des solutions écologiques. "Un des grands défis de l'avenir, dit-il, est celui de la pénurie des matières premières, y compris le bois. Le coût de la construction en Belgique a augmenté de 10 pc sur l'année 2006 parce que le coût des matières premières a augmenté de plus de 20 pc. La Chine utilise avec frénésie des matières premières. J'essaie donc de remplacer les panneaux de bois par le textile. Un mur de sacs de sable peut être aussi isolant qu'un voile de béton ! J'ai proposé des plafonds suspendus et des revêtements de parois en textile pour le futur conseil des ministres européens à Bruxelles."

Pour la base antarctique, Philippe Samyn préconise un des plus vieux matériaux du monde : le feutre. Comme dans les yourtes mongoles qui ont démontrées depuis des siècles qu'elles étaient parfaites en isolation, souplesse et habitabilité. Le feutre (de la laine comprimée) est un parfait isolant acoustique qui, de plus, peut protéger la structure grâce à son excellente résilience (elle peut endurer des coups sans traces ni déformations permanentes). "La technologie, explique Philippe Samyn, ce n'est pas toujours inventer de nouveaux matériaux mais c'est aussi redessiner les choses. Au plus les problèmes sont complexes, au plus il faut redessiner et aller loin pour trouver des matériaux aussi bons que le bois ou le feutre."

Si on compte bien, les parois de la station ont déjà 6 couches à ce stade (les deux en multiplex, la couche de polystyrène, le pare-vapeur d'aluminium, le papier kraft et le feutre) mais ce n'est pas tout. Il faut aussi rendre l'ensemble étanche à la neige extérieure et aux impacts de cailloux projetés par les vents violents. Philippe Samyn propose de recouvrir la station d'une carapace d'acier inoxydable, en tôles serrées (boulonnées et festonnées), qui empêchera la neige fine de rentrer et protégera des impacts. Une couche de mousse est encore ajoutée entre la carapace et le film plastique qui entoure le bois afin d'absorber les quelques flocons de neige qui passeraient quand même. Au total, il y a donc neuf couches différentes superposées.

La station est montée ici, en Belgique, par" bouts", et sera assemblée sur place. Mais la boîte n'est pas tout. Il fallait encore étudier son arrimage au pic rocheux afin d'éviter qu'elle ne s'envole ou qu'elle ne s'effondre au bas de la falaise. Un problème très délicat car Philippe Samyn et son équipe se sont aperçus que le granit n'était pas homogène et qu'il serait bon de réduire le nombre d'appuis. Il a imaginé alors de faire tenir la station à 2 m du sol sur 4 trépieds isolés en acier (plutôt qu'une seule charpente métallique qui aurait créé des dilatations insupportables). Il lui a fallu faire appel à de multiples expertises techniques pour résoudre le défi. C'est ainsi qu'assisté en mécanique des roches par le professeur Pedro Huergo de l'ULB, et de l'ingénieur Etienne Pohl de Smet Boring, une solution a été trouvée pour l'ancrage et la reprise des efforts. La solution est une sorte de boudin métallique (sans viande), un tube en métal Swellex chassé par forage à 6 mètres de profondeur et qu'on souffle ensuite comme une baudruche et dont la pression fixe ensemble tous les petits bouts de roche. "Comme une broche médicale dans un os. Le Swellex a l'avantage d'être léger, ce qui est indispensable quand on sait où il faudra le transporter."

Le bureau Seco a, quant à lui, conseillé et accompagné l'équipe d'étude tout au long du développement du concept pour valider les hypothèses de calcul et de conception puis approuver les solutions.

Les visiteurs de la future base polaire ne se rendent peut-être pas compte combien cet objet curieux a dû mobiliser les compétences et susciter des innovations technologiques passionnantes.

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