Dossier TPE :

Groupe : Alexandre BAETENS, Younes DOUFFI, Gabriel HERMANS, Valentin MONNIER

Thème : Avancées scientifiques et Réalisations techniques.

Sujet : Le Grand Stade Pierre Mauroy

Problématique : « En quoi le grand stade est une innovation technologique ? »

Sommaire :

I/ Introduction

-Présentation générale

-Historique

II/L’environnement du Grand stade

-accessibilité (transports, voirie, parkings,…)

-aménagement du territoire, des alentours

-conséquences de ces aménagements

-manifestations liées à cette construction

III/ Le toit :

-le système en lui-même

-le fonctionnement

-les avantages

IV/ Les autres innovations :

*pelouse

-Fonctionnement du système

*l’Aréna

V/ Expérience

VI/ Conclusion et réponse à la problématique.

Metronews.fr

I/ Introduction :

Le stade Pierre Mauroy ou grand stade Lille métropole est un ouvrage d’exception, réalisé par ELISA (Eiffage Lille Stadium Aréna) qui est une société créée par Eiffage exclusivement pour mener à bien ce projet, puisqu’il combine un stade, une véritable Aréna et un palais des sports. Les deux architectes de ce bijou de technologie sont Valode & Pistre et Pierre Ferret. Le maitre d’ouvrage de ce projet est la communauté urbaine de Lille.

Il se situe à la frontière des communes de : Villeneuve d’Ascq, Ronchin, Hellemes et s’étend sur une surface de 27 hectares. Il prend en compte 2 innovations majeures : une toiture amovible et une pelouse mobile unique au monde qui lui permet de se transformer en Aréna. Dans notre TPE, nous nous intéresserons particulièrement au toit car notre expérience portera sur les efforts appliqués sur la poutre supportrice.

La durée des travaux a été de 2 ans et demi et l’investissement financier a été plutôt conséquent, 282 millions d’euros pour le stade et les parkings, l’investissement global ayant été de 324 millions d’euros. Le coût a été totalement souscris par Elisa. Le payement du stade a été reparti sur plusieurs années avec une part de 10,5 millions d’euros à versé par la communauté urbaine de Lille, 6.5

millions par Elisa et 6.8 millions par le Losc. Le reste des subventions représente une part beaucoup moins importante.

L’idée de création d’un Grand Stade dans la métropole vient d’abord de l’échec de la reconstruction du stade Grimonprez-jooris. Le projet se heurte à l'opposition de deux associations de sauvegarde du patrimoine, qui introduisent un recours pour empêcher ces travaux dès le dépôt du permis de construire, voulant préserver la Citadelle de Lille toute proche. C’est le 07 juillet 2005 que la cour administrative d'appel de Douai casse le permis de construire du nouveau « Grimonprez-Jooris II », ce dernier ne verra jamais le jour. Le Losc ne pouvait pas rester sans un grand stade d’où l’idée d’en construire un nouveau, le grand stade Lille Métroplole.

La création de ce stade provient aussi du fait que pour participer à la Champions League, les stades devant être homologués, le stadium Lille métropole n’était pas dans les normes. De plus, étant donné la volonté de la France à participer à l’euro 2016, un quota de stades, toujours homologués, devait être respecté. Il a donc été décidé de construire un grand stade dans la métropole.

Le grand stade en quelques dates :

5 décembre 2006 : avis d’appel d’offre public à la candidature.

31 janvier 2007 : remise des dossiers de candidature.

-15 octobre 2008 : signature de contrat de partenarial entre Lille Métropole Communauté Urbaine et ELISA filiale d’Eiffage.

-Octobre 2009 : démarrage des travaux préparatoires.

-17 décembre 2009 : signature du permis de construire.

-29 mars 2010 : démarrage des travaux de construction.

-27 septembre 2010 : pose symbolique de la première pierre.

-22 octobre 2010 : relevage a 90° de la méga poutre ouest (19 novembre pour la poutre est).

-08 novembre 2010 : Démarrage des travaux des espaces annexes.

Du 2 au 5 aout 2011 : mise en place des 4 éléments de toiture sur la charpente métallique.

-05 octobre 2011 : hissage de la charpente métallique du toit de 7400 tonnes.

-19 avril 2012 : une première mondiale, le plateau métallique sur lequel reposera la moitié nord de la pelouse est déplacée pour la première fois.

-17 août 2012 : mise à disposition du Grand Stade Lille Métropole dans sa version « sport » ;

-décembre : inauguration du Grand Stade Lille Métropole, boîte à spectacles comprise

II/ L’environnement du Grand Stade :

1) L’accès au stade1) L’accès au stade1) L’accès au stade1) L’accès au stade ::::

Le grand stade Pierre Mauroy possède d’entrée un point faible. En effet, il se situe au Sud-Est du centre de Lille et dans une zone où le trafic est intense. Il a donc été nécessaire, pour un stade d’une telle ampleur, d’aménager un ensemble de connexions publiques comme des routes, des bretelles de sortie d’autoroute pour aérer la circulation, des ponts d’accès, plus particulièrement une passerelle piéton, ou encore des parkings. Il a fallu aussi faciliter l’accès au métro et il a été prévu de rallonger les rames pour 2016…

Ainsi, en plus d’être une prouesse architecturale et technique, le grand stade a rencontré quelques contraintes à résoudre. Analysons les moyens d’accès mis en place un à un :

-Une sortie de l’A22 passant par-dessus la N227 par un viaduc a été crée. Il permet de canaliser le flux automobile venant de l’A1 vers le stade.

-Transpole, le réseau de transport urbain de la métropole lilloise, a mis en place un système pour faciliter la circulation des personnes (avec présentation de la carte d’abonnement, les abonnés LOSC pourront se rendre au stade gratuitement 2h avant le match et jusqu’à la fin du service). En transport en commun, le Grand stade est accessible :

-par le métro ligne1 (stations Cité Scientifique-Pr Gabillard et 4Cantons-Grand stade, ou encore Villeneuve d’Ascq-Hotel de Ville)

-par le métro ligne 2 station Les Prés puis par la navette bus

-par Bus ligne 18 ou La Corolle 1, arrêt Versailles

-Corolle 2 arrêt Villeneuve d’Ascq Hôtel de Ville

-4560 places étaient d’ores et déjà disponibles autour du grand stade mais des parkings ont été crées dans les alentours permettent d’accueillir environ 7000 véhicules de plus répartis ainsi :

- 500 places au sous sol du stade sur deux niveaux (parking VIP)

-Parking BUS 25 places sous le parvis et parking bus joueur

- +3000 places dans le parking Silo

-3500 places sur les divers parkings autour du stade.

-La passerelle piétonne construite au dessus du Boulevard de Breucq pour créer une liaison avec la station de métro 4 cantons-Grand Stade.

Temps de marche : Cité scientifique (ligne 1) - stade : 19 min par le pont d’Ascq, 4 Cantons (ligne1) – stade : 16 min par la passerelle, Les Prés (ligne 2) – stade : 15 à 30 min par la navette dédiée.

-Les voies de la RD146 ont été doublées, des carrefours giratoires ont été aménagés, des couloirs à

bus ont étés crées, les trottoirs du boulevard de Tournai ont été agrandis et le boulevard de Lezennes a quant à lui été requalifié en boulevard urbain grâce à la création, justement, de couloirs de bus, des aménagements piétonniers et cyclables

www.grandstade-access.com

2)2)2)2) L’aménagement autour du stadeL’aménagement autour du stadeL’aménagement autour du stadeL’aménagement autour du stade ::::

La borne de l’espoir a une superficie totale de 27 hectares mais la construction du grand stade a nécessité l’utilisation de 15 hectares uniquement. On voit sur cette photo de 2008, le site de la « Borne de l’Espoir » avant tout aménagement. On voit bien la délimitation avec les traits rouges du futur complexe.

(Skyscrapercity.com)

Voilà le complexe en 2012 prise de la rue de Versailles

(info-stades.fr)

Le complexe du Grand Stade Pierre Mauroy a non seulement nécessité la création d’un stade qui est une prouesse technologique mais aussi de nombreux espaces annexes pour faciliter, et l’accessibilité au stade, et le logement aux alentours pour accueillir les spectateurs.

On peut citer comme aménagements : la construction des locaux du LOSC, la construction d’hôtels sur le parvis du Stade, et comme expliqué précédemment, les aménagements de voirie.

3333 : : : : PPPPetits problèmes durant sa etits problèmes durant sa etits problèmes durant sa etits problèmes durant sa constructionconstructionconstructionconstruction ::::

Durant sa construction, plusieurs associations de lutte pour l’environnement ou encore de lutte contre la construction du grand stade, se sont manifestés. Quelques unes sont passées au tribunal mais n’ont pas eu gain de cause bien évidemment. Le sandale qui a le plus fait parler, c’est la controverse autour du nom de « Pierre Mauroy » attribué au grand stade. En effet, le 17 decembre 2013 a été examiné au tribunal administratif de Lille une requête déposée qui demande l'annulation d'une délibération de la communauté urbaine de Lille nommant le Grand Stade de Lille "Stade Pierre-Mauroy".

III/ Le toit : Nous abordons maintenant une partie importante de notre TPE, le toit. Cette innovation est caractéristique du Grand Stade. C’est une innovation technologique, c’est même la plus importante car elle est complexe.

Le Grand Stade Pierre Mauroy est un ouvrage d’exception. Il présente une caractéristique unique, un toit mobile ! Cela a été un défi énorme pour les constructeurs qui ont dû faire preuve d’ingéniosité pour soulever cette structure de masse importante. En effet, le toit du grand stade Pierre Mauroy est composé de deux méga-poutres métalliques d’une portée de 205 mètres de long et de 16 mètres de haut, cela équivaut à un immeuble de 6 étages ! Ces méga-poutres ont été équipées de câbles de précontrainte pour réduire la hauteur de ces dernières et d’en limiter la flèche lorsque la toiture est fermée. C’est une première mondiale qui permet d’éviter tout obstacle visuel aux spectateurs des rangées hautes des gradins. Chacune des deux poutres a un poids de 1800 tonnes. Ces deux poutres supportent donc la toiture du stade. Reste à y ajouter le poids de la charpente métallique et des quatre plateaux mobiles du toit (deux demi toitures rigides= 2 plateaux les uns sur les autres de chaque cotés du toit) et on atteint alors le poids final soit 7400 tonnes, quasiment égal au poids de la Tour Eiffel. C’est le 05 octobre 2011 que toute cette masse fût hissée d’un bloc au sommet des quatre méga poteaux dans une ambiance tendu. Toute l’équipe d’Elisa restait sur ses gardes car il ne fallait pas que le vent dépasse les 10 mètres par secondes pendant la journée du hissage. Finalement tout c’est bien déroulé grâce à la préparation minutieuse des équipes de construction.

Toute cette structure est hissée à 31 mètres au dessus de la pelouse du Stade. Ce toit possède plusieurs fonctions :

-C’est une protection contre les intempéries.

-C’est une barrière entre l’extérieur du stade et l’intérieur qui protège les riverains des désagréments sonore par exemple.

-C’est aussi une protection visuelle totale de l’intérieur du stade.

(info-stades.fr)

(soccers.fr)

IV- Les autres innovations :

1111 :La pelouse:La pelouse:La pelouse:La pelouse ::::

Le grand stade, en plus de posséder un toit mobile, dispose d’un plateau de pelouse escamotable. En effet, inspiré du stade de Schalke 04 à Gelsenkirchen en Allemagne, la Veltins Arena offrait un exemple de polyvalence avec sa pelouse sur tiroir. Cette dernière s’extrait intégralement de l’enceinte du stade pour laisser place à un vaste plateau pour y installer une scène. Pour autant, ce n’est pas exactement ainsi que le groupe EIFFAGE a crée son aréna et pour cause, l’exemple allemand n’était pas reproductible à Lille car il aurait fallu disposer d’un espace équivalent à la pelouse en dehors du stade. De plus, la volonté de la Communauté urbaine était de s’intégrer dans un cadre urbain, ce qui explique le fait que le stade est en parti enterré pour que sa hauteur reste dans les proportions des autres bâtiments qui l’entourent. Ainsi la pelouse se situe à 6 m sous le parvis.

Il a donc été décidé de créer à Lille une salle dite « demi-jauge » en coupant le stade en deux et en escamotant la demi-pelouse NORD. Ce plateau métallique, support de la demi-pelouse, mesure 75mètres par 55 pour un poids de 4500 tonnes et encore, ce dernier peut varier avec par exemple, le taux d’humidité de l’herbe. L’escamotage de ce plateau permet donc de passer en configuration Aréna et de profiter d’une salle polyvalente pour concerts, évènements sportifs ou autres spectacles.

Voici les étapes de ce déplacement :

ETAPE 1 : LE LEVAGE :

(www.lemoniteur.fr )

Le plateau est pris en charge par douze vérins, six de part et d’autre, qui soulèvent l’ensemble sur 5,5 m de hauteur. Les vérins peuvent prendre en charge 900 t chacun. Actionnés par un groupe motopompe (unité pompe-moteur à explosion)

La position de chacun des vérins est contrôlée au dixième de millimètre 22 fois par seconde pour assurer une montée parfaitement horizontale. La manœuvre dure ainsi 1h15.

ETAPE 2 : REPRISE DE CHARGE :

(www.lemoniteur.fr)

Il faut premièrement retirer la pelouse synthétique qui fait le lien entre le terrain et les tribunes et mettre à jour les rails latéraux sur lesquels circuleront les chariots et finalement y amener les chariots et les vérins « push-pull » qui constituent le dispositif de translation du plateau dit « par pas de pèlerin ». Sur les faces externes des deux poutres latérales, sont fixés 24 bras articulés (12 de chaque côtés d’environ 10 tonnes chacun) qui vont prendre place sur des chariots sur rouleur express. C’est une manœuvre d’à peine 20 minutes.

ETAPE 3 : LA TRANSLATION :

(www.lemoniteur.fr)

Pour assurer ce mouvement, il a été créé de part et d’autre et sur tout la longueur du terrain deux rails constitués chacun d’une poutre à plat fondée sur pieux avec une bande de roulement. Les chariots qui y prennent place supportent 250 t chacun en mode normal. Il a été fait en sorte qu’il puisse y avoir une défaillance d’un élément de support de chaque type par côté c'est-à-dire que si de chaque côté, un vérin, un bras et un chariot étaient en panne, le plateau pourrait quand même être escamoté. Une fois le plateau positionné sur les 24 chariots, 12 vérins « push-pull » alimentés par deux groupes hydrauliques tirent l’ensemble par pas de 90 cm. La manœuvre prend 1h30. Le contrôle de l’avance se fait par un système à roues codeuses installé sur le plateau. Une fois le plateau déplacé et positionné au dessus du plateau SUD, la pelouse de ce dernier est caché du soleil et le renouvellement de l’air y est mauvais. C’est donc pourquoi des rampes d’éclairages horticoles et des ventilateurs sont installés en sous-face du plateau mobile pour permettre au plateau SUD de rester couvert plusieurs jours.

2/ L’2/ L’2/ L’2/ L’AAAArénarénarénaréna :::: Une fois que la boîte à spectacle est ouverte, il reste à déployer les tribunes télescopiques selon la configuration requise, sport ou spectacle, qui ajoute 5500 places aux 25000 restantes du stade coupé en deux par l’immense rideau de séparation de 28 m de hauteur.

V- Expérience :

1/ Protocole1/ Protocole1/ Protocole1/ Protocole :::: Cette simulation a été réalisée sur Solidwork 2010. Il a été question dans notre TPE de réaliser une simulation des contraintes et des déformations sur la méga-poutre du stade. Nous avons décidé de réaliser également les mêmes simulations sur une poutre seule, c'est à dire une poutre en « I ». Pour réaliser ceci, nous avons dans un premier temps réalisé une poutre en « I » sur Solidwork en appliquant les dimensions suivantes : 205m de long, 1 m de hauteur ainsi qu’1 mètre de largeur. Ensuite, nous avons crée les « croix » qui reposent sur cette poutre. En sachant que la poutre entière mesure 16 m de hauteur et qu’une poutre en « I » mesure 1 mètre de hauteur, il est donc facile de

deviner que la croix mesure 14 m de hauteur de la base sur la première poutre jusqu’à la seconde poutre au dessus. Nous avons, par contre, choisi de mettre par défaut que chaque croix mesure 15 m de long d’une extrémité à une autre de la croix. Enfin, nous avons copié/collé la croix tout le long de la poutre en « I » de 205m. La dernière étape a été de faire une symétrie de la poutre en « I » du bas au dessus des croix. Viens ensuite la partie de simulation : Quelques calculs ont été nécessaires pour déterminer la force en Newton à appliquer sur la poutre. Tout d’abord sur la poutre seule, sachant que l’ensemble de la structure du toit (poutres, charpente, plateau du toit) pèse 7500 tonnes, on y soustrait le poids des deux méga-poutres soit 1800 tonnes deux fois soit 3600 tonnes. Nous nous retrouvons alors avec un poids de 3900 tonnes correspondant au poids des plateaux du toit. Maintenant, pour savoir le poids appliqué sûr une poutre, considérant que le poids est équitablement réparti, on divise par 2 le poids du toit ce qui nous donne un résultat de 1450 tonnes exercé sur une poutre. Dans les paramètres Solidwork, il faut entrer la valeur de la force appliqué en N/m². Ainsi, nous avons

un poids de 7.1 tonnes appliqué sur 1 m². Cela équivaut à 7100 kg soit 71000 N/m². Ensuite, il a été question de déterminer le poids appliqué sur la mégapoutre du stade. Nous avons appliqué deux valeurs de force, une sur le haut de la poutre et une autre sur le bas entre chaque croix. La valeur de la force appliquée sur le haut de la poutre est la même que celle appliquée sur la

poutre seule soit 71000 N/m². Sur le bas de la poutre par contre, on y a appliqué le poids correspondant au propre poids de la

poutre plus le poids du toit soit un total après calcul de 88000 N/m². 2/ Résultats de simulations2/ Résultats de simulations2/ Résultats de simulations2/ Résultats de simulations :::: Contraintes poutre seule :

Contraintes mégapoutre :

Lorsqu’on analyse les deux simulations de contraintes, on remarque, et fort heureusement, que les efforts de contraintes ne sont pas les mêmes selon la poutre testée. En effet, sur la poutre seule, on remarque que ces derniers sont concentrés aux extrémités de la pièce, ce qui est logique car la poutre étant fixée dans le béton, la résistance fait que les contraintes y sont plus élevées. Si l’on regarde l’échelle donnée, les contraintes atteignent le maximum de l’échelle aux extrémités de la poutre et prennent la valeur de quasiment 9 millions de N/m² (avec l’échelle de Von Mises) Si l’on s’intéresse à présent à la simulation des contraintes sur la méga-poutre, on remarque que le poids est bien réparti sur l’ensemble de la poutre grâce aux croix. Les extrémités de la poutre sont moins sollicitées pour ce qui est du dessus de la poutre. On observe par contre que le dessous est, quant à lui, plus soumis aux contraintes. Si l’on regarde l’échelle de Von mises pour ce cas, on remarque que l’effort est moins important car il atteint au maximum 3 182 000 N/m², soit le tiers du premier test.

Déformations poutre seule :

Déformations mégapoutre :

Suite aux premiers résultats d’analyse des contraintes exercées, on remarque lorsque l’on étudie les déformations que les endroits où les déformations sont les plus importantes ne sont rien d’autre que les endroits où les contraintes étaient maximales, ce qui est totalement logique. Si l’on regarde tout d’abord les déformations pour la poutre seule, on voit en observant la légende que la déformation aux extrémités est équivalente à 3.600*10^-005, ce qui est déjà infime. Si l’on observe à présent les déformations de la méga-poutre, on en déduit que les croix sont encore et toujours là pour bien répartir les efforts sur la poutre car en observant l’échelle, la déformation équivalente au dessous de la poutre est de 1.300*10^-005 soit encore moins importante que sur le premier test. Après les résultats observés, on peut aussi affirmer que les déplacements seront plus importants au milieu de la poutre (seule ou méga-poutre) qu’aux extrémités. En effet, les efforts qui rentrent en jeu ne sont pas les mêmes ici car les déformations sont dues à la résistance et les déplacements au poids appliqué. Nous avons vérifié avec une simulation sur Solidwork :

L’échelle nous informe que les déplacements restent extrêmement faibles :

-2.545 mm poutre la méga-poutre - 10 cm pour la poutre seule.

VI- Conclusion et réponse à la problématique : Le grand stade est-il une innovation technologique ? Nous pensons que oui dans le sens où le stade Pierre Mauroy possède un toit mobile et une pelouse escamotable. Bien que d’autres stade présentent déjà ces innovations, on peut citer le stade de Schalke 04 en Allemagne qui présente une pelouse escamotable pour donner place à une aréna et un toit mobile, ainsi qu’un stade anglais, chinois et grecque qui possèdent un toit ouvrant également, le stade Pierre Mauroy lui, est le seul en Europe à combiner les deux innovations dans un espace réduit et construit de manière à ne pas gâcher la vue des riverains, car le plateau escamotable du stade lillois et le premier système à être translaté au dessus de l’autre partie de la pelouse ce qui le différencie du stade allemand qui lui extrait sa pelouse du stade. Le toit du Grand Stade lui, est unique car les matériaux utilisés (acier) sont pour la première fois utilisés dans ce type de système, pour reprendre le modèle allemand, son toit ouvrant est en fibre de verre et recouvert de téflon. C’est donc une innovation technologique grâce à la combinaison de ces deux équipements qui permettent pour le toit, de jouer par tout temps et pour la pelouse, d’être un lieu multi-ambiance et à la fois sportive et musicale avec l’Arena. De plus, le grand stade est ancré dans une zone à forte densité de population et où l’accès à l’Angleterre, la Belgique, l’Allemagne et le reste de la France par le train et l’avion renforce le trait unique de ce stade qui fait parti des grands Stades de demain.