11 étudiants ingénieurs de l’ESB soumettent leurs contributions pour la charpente de Notre-Dame

Nantes, 12 avril 2021 - 18 mois après le sinistre, et pour apporter leur contribution au chantier de reconstruction de la charpente de la cathédrale Notre-Dame de Paris, 11 étudiants ingénieurs de l’ESB ont été mobilisés dans le cadre de deux projets liés aux thématiques de l’impact environnemental et de la qualité du bois. Différents scenarii pour la reconstruction ont été comparés, avec une approche originale, celle du bilan carbone. Les scénarii diffèrent par la solution architecturale et le type de matériaux utilisés (bois massif et bois composite ou différentes essences, matériaux pour la couverture…). Les solutions sont comparées avec une reproduction de l’existant (ou proche de). Cette étude conforte celles menées sur les aspects mécaniques avec les étudiants d’autres écoles d’ingénieur ou d’architecture et d’universités. Loin des approches « sentimentales », ils ont voulu apporter des éléments chiffrés.

Le 15 avril 2019, un incendie ravageait la toiture de la cathédrale Notre-Dame de Paris et provoquait la chute de sa célèbre flèche. Depuis, l’association « Restaurons Notre-Dame », présidée par Pascal JACOB, milite pour la reconstruction de la charpente à l’identique, non par dogmatisme mais par raison.

Pour appuyer ses propositions, l’Association a mis en place une Commission Scientifique, Technique et Académique constituée de spécialistes et d’experts mais aussi d’enseignants issus d’Ecoles d’ingénieur et d’Universités. L’ESB a naturellement rejoint l’Association tant l’enjeu est majeur et les étudiants motivés pour participer à ce chantier hors normes.

Une première équipe d’étudiants de l’ESB (8) et de l’ENSTIB (2) a eu l’opportunité de participer à l’évaluation de l’impact environnemental de différentes solutions, étude centrée sur l’analyse du cycle de vie.

Ils ont ainsi travaillé sur 6 possibilités proposés par les étudiants de l’Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nancy. Pour chacune, la résistance mécanique de l’ouvrage et la stabilité de l’ouvrage ayant été posées comme un prérequis, ce sont les impacts environnementaux potentiels qui ont été évalués. Les hypothèses de travail ont été les mêmes : production de la matière première, énergie de transformation et de mise en œuvre, transport, séquestration du carbone… tout a été quantifié et comparé.

En parallèle, un comparatif spécifique a été réalisé sur la phase d’approvisionnement en bois de chêne afin d’évaluer l’impact de différentes provenances. Le transport reste à chaque fois le facteur prépondérant du bilan global.

A l’aide des experts et de données partielles, une première comparaison permet de positionner favorablement une reconstruction proche de l’identique. Le scénario le plus intéressant a confirmé que le recours au bois massif, jusque dans les assemblages, est préférable à ceux qui font appel à l’acier ou au béton.

Ces premiers résultats sont des estimations qui ont nécessité un certain nombre d’hypothèses compte tenu de l’absence d’informations spécifiques sur différents procédés ou matériaux.

D’une manière générale, la force du matériau bois réside dans sa capacité à transformer le CO2 en bois pendant la croissance de l’arbre, la faible énergie nécessaire à sa transformation, la restitution à la nature de la même quantité de carbone que celle qui a été séquestré pendant l’usage de l’ouvrage et son abondance à proximité. Dans le cas de la structure mise en œuvre il y a plus de 800 ans, la quantité de carbone ainsi stockée est ajoutée à celle contenue dans le volume de bois produit pendant le même laps de temps sur le même espace forestier que celui qui a servi à la croissance des arbres abattus il y a 8 siècles.

Loin des débats partisans d’une théorie ou d’une autre, les chiffres apportent un éclairage objectif.

En parallèle, un groupe d’étudiants de l’ESB (3) et de Bordeaux Sciences Agro (2) a travaillé sur les méthodes d’estimation non destructive des caractéristiques mécaniques du bois nécessaires à un tel ouvrage. L’étude a consisté à estimer la qualité et la résistance de différentes grumes de chêne par différentes méthodes et à comparer ces estimations aux valeurs réelles, cela afin de guider les forestiers dans le choix des arbres à utiliser pour la reconstruction de la charpente.

15 arbres devant être abattus et présentant une configuration proche de ceux nécessaires à la charpente ont été sélectionnés et testés avec différentes méthodologies : estimations grâce aux paramètres forestiers (âge, croissance...), analyse du temps de propagation d’un signal sonore dans l’arbre, spectroscopie proche-infra-rouge… Une fois abattus et sciés à façon, les poutres obtenues sont passées sur un banc de flexion pour mesurer leur résistance mécanique réelle. Bois vert ou ressuyé, cette fois encore les chiffres viennent confirmer les siècles de pratiques professionnelles. Il est possible de sélectionner des arbres pour une utilisation optimale, les caractéristiques mécaniques mesurées peuvent être corrélées avec celles estimées à partir des paramètres forestiers ou par utilisation de la spectroscopie proche-infrarouge.

Les études prospectives réalisées par les étudiants permettront d’alimenter le Comité Scientifique et Technique de l’Association.

Fondée en 1934, l’ESB (Nantes) est une des plus anciennes écoles d’Ingénieur françaises. Sous contrat avec le ministère chargé de l’Agriculture, l’École a obtenu de l’Etat le label ESSPIG, reconnaissant ainsi ses missions de service public. Elle est habilitée par la Commission des Titres de l’Ingénieur (CTI) à délivrer le diplôme d’ingénieur (statut étudiant et apprentissage). L’ESB forme des chercheurs, des ingénieurs et des techniciens supérieurs (doctorat, mastère spécialisé, diplôme d’ingénieur, 3 licences pro, 1 Bachelor, 2 BTS), suivant 3 axes :

• Sciences de la Forêt, du Bois et des Matériaux Biosourcés

• Industrialisation 4.0 des produits à base de ces matériaux

• Construction et Habitat Bas Carbone.

Chaque année, ce sont plus de 400 étudiants et apprentis qui contribuent au développement des entreprises, au service d’une société décarbonée, par des projets, des stages…

Parmi les projets révélant la capacité des étudiants à innover, l’ESB propose aux entreprises le Wood It Together (WIT). Pendant 4 jours, animées par un enseignant-chercheur spécialisé dans les processus conduisant à l’innovation, 4 équipes composées d’étudiants, de chercheurs et de salariés d’entreprises travaillent ensemble sur une problématique posée par celle-ci. Au terme de l’exercice, tous les moyens de l’Ecole sont mobilisés pour apporter des réponses concrètes et opérationnelles. Pour parvenir à de tels résultats, l’ESB a largement investi dans des équipements pour près d’un million d’euros : machines de production industrielles, matériel de réalité augmenté, espace créatif…

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